WO2006022128A1 - 石英治具及び半導体製造装置 - Google Patents

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WO2006022128A1
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quartz
jig
silicon
susceptor
soaking
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Toru Otsuka
Takao Kanno
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Shin-Etsu Handotai Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention is provided in a semiconductor manufacturing apparatus for growing an epitaxial layer on a main surface of a semiconductor wafer, and maintains a uniform temperature of the susceptor on which the semiconductor wafer is placed during the epitaxial growth.
  • the present invention relates to a quartz jig for supporting a soaking jig whose upper surface is located on substantially the same plane as the upper surface of the susceptor, and a semiconductor device including the quartz jig.
  • a silicon single crystal wafer housed in a quartz chamber is emitted from a lamp or a heater outside the chamber.
  • a CVD system that heats up by radiant heat and grows a desired epitaxial layer on the wafer surface by flowing a source gas mainly containing hydrogen gas containing silicon source gas such as trichlorosilane and dopant gas in the chamber. Is conventionally used.
  • a procedure for growing a thin film on the main surface of a silicon single crystal wafer using a semiconductor manufacturing apparatus will be described with reference to FIG.
  • the susceptor support jig 10 on which the susceptor 11 having the same strength as silicon carbide is placed is lowered.
  • the CVD apparatus 11 is set to a woofer charging temperature, that is, 650 ° C.
  • the silicon single crystal wafer 2 is carried into the CVD apparatus 11 from a direction perpendicular to the paper surface by a transport device (not shown), and is placed in a saddle portion formed on the upper surface of the susceptor 1.
  • the susceptor support jig 10 is raised until the upper surface of the susceptor 1 is positioned substantially on the same plane as the upper surface of the soaking jig 3 surrounding the susceptor 1.
  • the inside of the quartz chamber 6 is about several hundred to 1200 ° C, for example, 1100 ° C to about 100 ° C by the heating device 9 arranged outside the quartz chamber 6. Heated to 1180 ° C.
  • the radiation light emitted from the heating device 9 includes infrared light having a wavelength of about 2 to 3 ⁇ m. Light of this wavelength is a transparent quartz chamber that forms the upper and lower surfaces of the quartz chamber 6. Plate 6a and chamber bottom plate 6b are not absorbed and permeate Therefore, the susceptor is heated by reaching the silicon single crystal wafer 2 and the susceptor 1 without heating the chamber 6 and being absorbed by them.
  • the heating device 9 for example, a halogen lamp, a heater, an infrared lamp or the like is used. Further, the inside of the CVD apparatus 11 is at this time a hydrogen gas atmosphere, and the natural oxygen film present on the main surface of the silicon single crystal wafer is etched and removed by this hydrogen gas.
  • a soaking jig 3 surrounding the susceptor 1 is disposed.
  • the material of the soaking jig 3 is made of silicon carbide, carbon, or a material obtained by coating silicon carbide on a carbon base material, and is substantially the same material as the susceptor 1. For this reason, the radiant light from the heating device 9 is heated to the same temperature as the susceptor 1.
  • the soaking jig 3 is supported by a quartz jig 4.
  • opaque quartz is used as the material in order to prevent the heat of the soaking jig 3 from being conducted to the quartz jig 4 and dissipated. If the material of the quartz jig 4 is opaque quartz, the infrared radiation emitted from the soaking jig 3 is reflected during heat dissipation with low thermal conductivity, and thus heat dissipation from the soaking jig 3 is suitably prevented. be able to
  • the silicon single crystal wafer 2 on the susceptor 1 is heated using the susceptor 1 and the soaking jig 3 as described above, and the temperature in the CVD apparatus is a growth temperature (eg, about 1060 ° C to 1150 ° C). ),
  • the source gas as described above is supplied into the quartz chamber 6 from the growth gas supply port 7.
  • the silicon source gas and dopant gas in the source gas are decomposed by heat, and silicon atoms in the gas and impurity atoms such as boron and phosphorus are combined with silicon on the main surface of the silicon single crystal wafer 2 to form silicon epitaxial.
  • the layer grows.
  • the heating by the heating device 9 is stopped, and the temperature inside the CDV device is lowered to the take-out temperature (for example, about 650 ° C, which is the same as the input temperature).
  • the susceptor 1 is attached to the susceptor support jig 10 together with the silicon epoxy wafer 2. Is lowered further.
  • the silicon epitaxial wafer 2 is carried out of the susceptor 2 upper force CVD apparatus 11 by a transfer device (not shown).
  • a silicon by-product grows on the surface of a jig or the like installed inside the CVD apparatus 11.
  • the grown silicon by-product becomes particles by peeling off the surface of the jig due to expansion and contraction of the jig due to heating and cooling.
  • these particles adhere to the main surface of the wafer, they induce crystal defects in the epitaxial layer. Since this crystal defect has been found to affect the yield reduction of semiconductor devices and the electrical characteristics, it is required to reduce the crystal defect as much as possible.
  • quartz jig 4 and the chamber side wall 6c are prone to deterioration due to etching with a small density force S due to fine bubbles inside.
  • an acidic solution for example, a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and nitric acid.
  • silicon by-products may be removed 1S.
  • the nose of the raw material gas supply nozzle is made of opaque quartz and the nozzle tip is made of transparent quartz.
  • the nozzle base having opaque quartz force is exposed to the etching gas, it is impossible to prevent deterioration of the nozzle base even if the silicon by-product can be etched! is there.
  • JP-A-2001-102319 the use of a smooth quartz plate with no bubbles on the surface is used as a heat retaining body in a batch heat treatment apparatus to prevent impurities from adhering to the surface of the heat retaining body.
  • this quartz plate forms a metal film on one surface of two thin quartz plates, and the surfaces of the two quartz plates on which the metal film is formed are brought into contact with each other and melted with a burner or the like. It is necessary to manufacture by depositing, and it is necessary to go through a very complicated process and to prepare an apparatus such as a vapor deposition machine for forming a metal film.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and a quartz jig for supporting a soaking jig capable of suppressing the generation of particles in a semiconductor manufacturing apparatus. And a semiconductor manufacturing apparatus including the same.
  • the parities generated in the semiconductor manufacturing apparatus are Ticle found that the silicon by-product grown on the surface of the quartz jig was peeled off, and that the quartz itself was detached due to deterioration of the quartz jig.
  • silicon by-products grow on the jig surface in the equipment, and the powerful silicon by-products are separated from the particles by the expansion and contraction of the jig due to heating and cooling.
  • a jig made of opaque quartz having fine and high-density bubbles inside, together with a powerful silicon by-product is detached and becomes a part of the fine quartz.
  • quartz jigs in semiconductor manufacturing equipment attention is paid to quartz jigs where silicon by-products are most likely to grow as soon as they reach a high temperature so as to come into contact with the soaking jig, leading to the next invention. It was.
  • the quartz jig of the present invention is provided inside a semiconductor manufacturing apparatus for growing an epitaxial layer on the main surface of a semiconductor wafer, and is a susceptor for mounting a semiconductor wafer during the epitaxial growth.
  • a quartz jig for maintaining a uniform temperature and supporting a heat equalizing jig whose upper surface is positioned substantially on the same plane as the upper surface of the susceptor, and at least a portion in contact with the heat equalizing jig is made of transparent quartz. It is characterized by comprising.
  • the contact portion with the soaking jig which is the portion where the silicon by-product is most likely to grow, is made of transparent quartz.
  • Transparent quartz is denser than opaque quartz and has almost no air bubbles inside. Therefore, the quartz on the jig surface may peel off together with the silicon by-product, and etching to remove the silicon by-product. It is possible to greatly suppress the possibility of the fine quartz between the bubbles becoming particles when exposed to gas.
  • the quartz jig of the present invention includes a core portion made of opaque quartz and a surface layer portion made of transparent quartz and covering the core portion so that the surface thereof is not exposed. It is preferable to have With this configuration, the quartz jig is made of transparent quartz (surface layer). In addition to obtaining the above effects over the entire surface, the opaque quartz (core part) under the transparent quartz (surface part) is infra-red, etc. Therefore, it becomes easy to keep the temperature of the soaking jig at a desired temperature.
  • the quartz jig of the present invention may have a shape in which a portion of the quartz jig that contacts the semiconductor wafer transported into and out of the semiconductor manufacturing apparatus is cut out.
  • this configuration there is no quartz jig on the upper part of the conveyance path through which the wafer passes when the wafer is carried in and out, so that the silicon by-product grown on the surface of the quartz jig is peeled off. Even so, it is possible to prevent particles from adhering to the main surface of the wafer.
  • the semiconductor manufacturing apparatus may have a shape in which a portion corresponding to the vicinity of a gas supply port for introducing a growth gas into the inside of the semiconductor manufacturing apparatus is cut out. In this way, silicon by-products easily grow during epitaxial growth. If the quartz jig does not exist near the gas supply port, the silicon by-product grows on the surface of the quartz jig. Can be effectively suppressed.
  • the quartz jig since the transparent quartz is used on the surface of the quartz jig that supports the soaking jig, the silicon by-product is peeled off.
  • the quartz on the jig surface can be prevented from detaching together.
  • minute quartz is detached, and particles can be prevented from contaminating the wafer.
  • by making the quartz jig into the notched shape as described above even if the silicon by-product is peeled off by the force of the quartz jig, it can be prevented from adhering to the wafer surface and contaminating the wafer. .
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor growth apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic sectional view showing the structure of the quartz jig of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view showing the structure of another example of the quartz jig of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic front view of another example of the quartz jig of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic front view of another example of the quartz jig of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic sectional view showing the structure of a conventional quartz jig.
  • FIG. 7 is a schematic front view showing the arrangement of a susceptor, a wafer, a soaking jig, and a quartz jig.
  • FIG. 8 is a graph comparing the number of particles in Examples 1 to 4 and a comparative example.
  • a semiconductor manufacturing apparatus 11 includes a susceptor 1, a soaking jig 3, a stone jig 4, a quartz chamber 6, a gas supply port 7, a gas discharge port 8, and a susceptor support jig 10. Such parts and jigs are incorporated.
  • the silicon single crystal wafer 2 is carried into the semiconductor manufacturing apparatus 11 and a silicon epitaxial layer is grown on the main surface of the wafer 2, the temperature inside the semiconductor manufacturing apparatus 11 is raised to a desired temperature. Then, the growth gas is introduced from the gas supply port 7. As a result, a silicon epitaxial layer grows on the main surface of the silicon single crystal wafer 2.
  • the susceptor 1, the soaking jig 3, the quartz jig 4, the quartz chamber 1, the gas supply port 7, and the gas exhaust port are grown.
  • a thin polycrystalline silicon layer also grows on the surface of the outlet 8 and the susceptor support jig 10 to form a silicon byproduct.
  • the surfaces of the susceptor 1 and the soaking jig 3 are silicon carbide, the silicon by-product having a coefficient of thermal expansion close to that of the silicon by-product is caused by the susceptor 1 and the soaking jig 3 The possibility of peeling from the surface is much lower than that of quartz jigs. Therefore, the removal of silicon by-products can be sufficiently suppressed by removing the silicon by-products by etching with hydrochloric acid gas periodically introduced from the gas supply port 7.
  • the upper surface of the soaking jig 3 and the upper surface of the susceptor 1 are on substantially the same plane as shown in FIG. Except in the immediate vicinity of 1, there is almost no flow downward from the soaking jig 3 or susceptor 1. Therefore, only a very thin silicon by-product grows on the surface of the susceptor support jig 10, so that the removal of the by-product is sufficiently suppressed by periodically removing the silicon by-product with hydrochloric acid gas. can do.
  • the quartz chamber 6, the gas supply port 7, and the gas discharge port 8 are made of quartz and have low thermal conductivity.
  • the temperature inside the semiconductor manufacturing apparatus 11 is also raised to a desired temperature in order to advance the etching efficiently, but as described above, the temperature of these jigs is not so high. Therefore, the etching of quartz by hydrochloric acid gas does not progress very much and the possibility that the fine quartz is detached and becomes particles is low.
  • the quartz jig 4 supports the soaking jig 3 heated to a high temperature, the quartz jig 4 is heated to the same temperature as the soaking jig 3.
  • the growth gas hardly circulates in a large amount toward the back side of the susceptor 1 or the soaking jig 3, but the growth gas circulates in the very vicinity of the back surface of the susceptor 1 or the soaking jig 3. It is crowded. Therefore, the growth of silicon by-products is promoted on the side surface and the lower surface of the quartz jig 4.
  • the gas flow in the gap between the soaking jig 3 and the quartz jig 4 is extremely slow, the growth gas tends to stay and the growth of the silicon byproduct is further promoted.
  • the silicon by-product growing on the quartz jig 4 is also removed by hydrochloric acid gas or the like.
  • the silicon by-product grows faster than other parts and jigs, and soaking is uniform. Since it is located on the back side of the jig 3, the etching gas does not flow easily. In particular, the gap between the soaking jig 3 and the quartz jig 4 is difficult to flow. For this reason, silicon by-products remain on the surface of the quartz jig 4, and the silicon by-products exfoliate due to expansion / contraction of the quartz jig 4 due to temperature rise / fall in the epitaxial growth process. There is a risk of becoming a powerful particle generation source. In addition, when the silicon by-product exfoliates, the quartz on the surface of the stone jig 4 may bond to the by-product and exfoliate together, which may cause deterioration of the quartz jig 4. There is sex.
  • etching gas such as hydrochloric acid gas
  • a large amount of etching gas accelerates deterioration of quartz jigs other than the quartz jig 4, such as the quartz chamber 6, the gas supply port 7, and the gas discharge port 8, parts of the semiconductor manufacturing apparatus 11 And jig replacement frequency will increase, and as a result, the operating efficiency of the equipment may deteriorate.
  • the etching of the surface of the quartz jig 4 also proceeds and the jig 4 May deteriorate, and the fine quartz existing between the bubbles in the opaque quartz may be exposed and detached, resulting in a particle.
  • the material on the upper surface of the quartz jig 4 in contact with the soaking jig 3 is transparent quartz. Since the upper surface of the quartz jig 4 is in contact with the soaking jig 3, it is likely to reach the highest temperature. In addition, since the growth gas concentration is higher than the gap between the susceptor 1 and the soaking jig 3, the growth gas is very stagnant between the upper surface of the quartz jig 4 and the lower face of the soaking jig 4. I'm sorry. Therefore, silicon by-products are most likely to grow on the upper surface of the quartz jig 4.
  • the quartz jig 4 is made of transparent quartz, there are no bubbles in the transparent quartz, and the quartz molecules are densely arranged. Therefore, even if the silicon by-product is peeled off, the quartz jig 4 It is possible to suitably prevent a part of the upper surface of each from being detached together. Further, even when etching with hydrochloric acid or the like is performed, since there are almost no bubbles in transparent quartz, it is possible to suitably prevent detachment of fine quartz that exists between bubbles in opaque quartz.
  • the quartz jig 4 is made of transparent quartz not only on the upper surface but also on the side surface and the lower surface (that is, all surfaces). That is, the quartz jig 4 can be configured to have a core portion made of opaque quartz and a surface layer portion made of transparent quartz. Among the surfaces of the quartz jig 4, the silicon by-product is most likely to grow as described above. The force on the upper surface of the quartz jig 4 is the same as that of the other side of the jig 4 and the lower surface. Compared to high temperatures, the growth of silicon byproducts is also promoted.
  • these surfaces are also made of transparent quartz, it is possible to suitably prevent part of the quartz jig 4 from being peeled off together even if the silicon by-product is peeled off. Further, even if etching with hydrochloric acid or the like is performed, since there are almost no bubbles in the transparent quartz, it is possible to suitably prevent the detachment of the fine quartz that exists between the bubbles of the opaque quartz.
  • stacking of non-transparent quartz and transparent quartz should just use well-known techniques, such as laminating
  • the quartz jig 4 can be formed in a conventional ring shape (see FIG. 7). As shown in FIG. 4, it is preferable that a part of the quartz jig 4 is cut out so that the quartz jig 4 does not exist on the wafer transport path.
  • the quartz jig 4 By making the quartz jig 4 into such a shape, even if the force of the quartz jig 4 causes the peeling of silicon by-products, silicon by-products are particles on the main surface of the wafer being transported. As a result, it is possible to suppress falling and adhering.
  • a quartz jig 4 in which a portion where silicon by-products grow easily only on the transport path is cut out may be used.
  • the concentration of the growth gas is high in the vicinity of the gas supply port 7, and the growth gas wraps around the back surface of the soaking jig 3, and silicon by-products easily grow on the surface of the quartz jig 4. Therefore, a part of the quartz jig 4 positioned around the gas supply port 7 may be cut out.
  • a quartz jig 4 as shown in FIG. 5 may be used. Note that the quartz jig 4 described above is fixed to one side wall 6c of the quartz chamber.
  • silicon epitaxial growth is performed on the main surface of the silicon single crystal wafer 2 placed on the susceptor 1 by the CVD apparatus 11 using the quartz jig 4 as described above, the surface of the silicon epitaxial layer is obtained. Silicon epoxy wafers with little particle adhesion can be produced.
  • the conditions for the silicon epitaxial growth at this time may be the known manufacturing conditions as described above.
  • the present invention is not limited to a single-wafer CVD apparatus but can be applied to a batch-type CVD apparatus or the like. It goes without saying that the same effect can be achieved even when the etching force by the gas in the CVD apparatus is compared with the force of hydrochloric acid gas as an example and other reducing gases.
  • a silicon single crystal wafer having a conductivity type p-type, a diameter of 200 mm, and a crystal orientation of 100> was prepared, and the wafer was put into a single wafer type CVD apparatus as shown in FIG.
  • a quartz jig for this CVD apparatus a ring-shaped jig (see Fig. 2) in which transparent quartz with a thickness of lmm was welded to the surface of opaque quartz in contact with the soaking jig was used.
  • the silicon single crystal wafer introduced into the CVD apparatus was heated to 1050 ° C, hydrogen-diluted trichlorosilane as a source gas was introduced into the quartz chamber, and a 6 m silicon epitaxial layer was formed on the wafer. Grow on the main surface It was. After repeating this process 10 times, cleaning with hydrochloric acid gas was performed as dry etching in the CVD apparatus.
  • the above 10 silicon wafers were processed and dry-etched once.
  • a silicon single crystal wafer similar to that used in Example 1 was prepared, and a silicon epitaxial layer was grown 6 m on the main surface of the wafer under the same conditions.
  • a ring-shaped jig (see Fig. 3) in which lmm thick transparent quartz was welded to the entire surface of opaque quartz was used as the quartz jig for the CVD apparatus.
  • a silicon single crystal wafer similar to that used in Example 1 was prepared, and a silicon epitaxial layer was grown 6 m on the main surface of the wafer under the same conditions.
  • a quartz jig for the CV D equipment a transparent quartz with a thickness of lmm was welded to the surface of opaque quartz in contact with the soaking jig, and the quartz jig part on the wafer transport path was cut out ( (See Fig. 4).
  • a silicon single crystal wafer similar to that used in Example 1 was prepared, and a silicon epitaxial layer was grown 6 m on the main surface of the wafer under the same conditions.
  • the quartz jig of the CVD apparatus transparent quartz having a thickness of lmm was welded to the surface of opaque quartz in contact with the soaking jig, and a jig having a shape as shown in FIG. 5 was used.
  • a silicon single crystal wafer similar to that used in Example 1 was prepared, and a silicon epitaxial layer was grown 6 m on the main surface of the wafer under the same conditions.
  • a conventional jig (see Fig. 6) with opaque quartz exposed on the entire surface was used as the quartz jig for the CV D equipment.
  • a total of 3,000 sheets were processed in each example and comparative example. After that, when 100 similar wafers were used and 100 consecutive wafers were processed, the 100 wafers were subjected to silicon epitaxial using a participatory counter (SP-1 manufactured by KENORE ONE TEMPOR CO., LTD.). Count particles on the main surface of the wafer For the particle count, the average value of 100 sheets with a size of 0.12 m or more was calculated. As a result, a graph comparing the average value of the particle count in the comparative example using a conventional quartz jig as 1 is shown in Fig. 8. It can be seen that the number of particles is reduced to about 1/5 when the quartz jig of the present invention is used.

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Abstract

　本発明の石英治具は、半導体ウェーハの主表面上にエピタキシャル層を成長させる半導体製造装置の内部に備えられ、エピタキシャル成長時に、半導体ウェーハを載置するサセプターの温度を均一に保ち、該サセプターの上面と略同一平面上に上面が位置する均熱治具を支持するための石英治具であって、少なくとも当該均熱治具と接触する部分が透明石英にて構成されてなることを特徴とする。これにより、半導体製造装置内において、パーティクルの発生を抑制することが可能な、均熱治具を支持するための石英治具、及びそれを備える半導体製造装置を提供する。

Description

明 細 書
石英治具及び半導体製造装置
技術分野
[0001] 本発明は、半導体ゥヱーハの主表面上にェピタキシャル層を成長させる半導体製 造装置の内部に備えられ、ェピタキシャル成長時に、半導体ゥエーハを載置するサ セプターの温度を均一に保ち、該サセプターの上面と略同一平面上に上面が位置 する均熱治具を支持するための石英治具、及びそれを備える半導体装置に関する。 背景技術
[0002] シリコンェピタキシャルゥヱーハゃ半導体デバイスを製造する半導体製造装置とし ては、例えば、石英チャンバ一内に収められたシリコン単結晶ゥエーハをチャンバ一 外部のランプやヒーターカゝら放射された輻射熱によって加熱するとともに、チャンバ 一内にトリクロロシラン等のシリコンソースガスやドーパントガスを含んだ水素ガスを主 成分とする原料ガスを流すことによってゥエーハ表面に所望のェピタキシャル層を成 長させる CVD装置が従来より用いられて 、る。
[0003] 半導体製造装置 (CVD装置 11)を用いてシリコン単結晶ゥ ーハの主表面に薄膜 を成長させる手順を、図 1を参照して説明する。まず、炭化珪素等力もなるサセプタ 一 1が載置されたサセプター支持治具 10を下降させる。このとき、 CVD装置 11はゥ ヱーハの投入温度、すなわち 650°Cに設定されている。シリコン単結晶ゥヱーハ 2は 、図示しない搬送装置により紙面に垂直な方向から CVD装置 11内に搬入され、サ セプター 1の上面に形成されたザダリ部内に載置される。図示しない搬入出口が密 閉された後、サセプター 1の上面が該サセプター 1の周囲を囲繞する均熱治具 3の上 面と略同一平面上に位置するまでサセプター支持治具 10は上昇する。
[0004] サセプター 1が当該位置まで上昇したら、石英チャンバ一 6の外部に配置されている 加熱装置 9により、石英チャンバ一 6の内部は数百 °C〜1200°C程度、例えば 1100 °C〜1180°Cまで加熱される。加熱装置 9から放出される輻射光には波長が約 2〜3 μ mの赤外光が含まれている力 この波長の光は石英チャンバ一 6の上下面を構成 する透明石英製のチャンバ一天板 6a、チャンバ一底板 6bには吸収されず透過する ので、該チャンバ一 6を加熱することなくシリコン単結晶ゥエーハ 2やサセプター 1に 到達し、それらに吸収されることによってゥエーハゃサセプターは加熱される。なお、 加熱装置 9としては、例えば、ハロゲンランプやヒーター、赤外線ランプ等が使用され る。また、 CVD装置 11内は、このとき水素ガス雰囲気であり、この水素ガスによりシリ コン単結晶ゥ ーハの主表面に存在する自然酸ィ匕膜がエッチングされ除去される。
[0005] この CVD装置 11では、サセプター 1を囲繞する均熱治具 3が配置されている。均 熱治具 3の材質は、炭化珪素、または炭素、または炭素基材に炭化珪素をコーティン グした材料のいずれかからなり、サセプター 1と略同じ材質である。そのため、加熱装 置 9からの輻射光によってサセプター 1と同程度の温度にまで加熱される。このような 均熱治具 3がない場合、加熱されたサセプター 1の外周部から放熱が起こり、サセプ ター 1の外周部に温度低下が生じてサセプター 1内部の温度差が大きくなる力 サセ プター 1と略同じ温度にまで加熱される均熱治具 3がサセプター 1を囲繞することによ り、サセプター 1の外周部からの放熱が抑制され、サセプター 1内部の温度差が小さ くなり、ゥエーハ 2全体を均一な温度に保つことが容易となる。
[0006] この均熱治具 3は石英治具 4により支持される。このとき均熱治具 3の熱が石英治具 4に伝導して放散することを防ぐため、材質としては不透明石英が用いられる。石英 治具 4の材質が不透明石英であれば、熱伝導度が低ぐ放熱の際、均熱治具 3から 放出される赤外線を反射するため、均熱治具 3からの放熱を好適に防ぐことができる
[0007] 上記のようなサセプター 1、均熱治具 3を用いてサセプター 1上のシリコン単結晶ゥ エーハ 2を加熱し、 CVD装置内の温度が成長温度（例えば 1060°C〜1150°C程度） になったら、成長ガス供給口 7から上述したような原料ガスを石英チャンバ一 6内に供 給する。そして、原料ガス中のシリコンソースガスやドーパントガスは熱により分解し、 ガス中のシリコン原子や、ボロンやリン等の不純物原子がシリコン単結晶ゥヱーハ 2の 主表面のシリコンと結合してシリコンェピタキシャル層が成長する。
[0008] シリコンェピタキシャル層の成長が終了したら、加熱装置 9による加熱を停止し、 CV D装置内を、取り出し温度 (例えば投入温度と同じ 650°C程度)まで降温する。そして 、サセプター 1はシリコンェピタキシャルゥエーハ 2とともにサセプター支持治具 10に より下降される。その後、シリコンェピタキシャルゥエーハ 2は、図示しない搬送装置に よりサセプター 2上力 CVD装置 11外へ搬出される。以上のような各工程を繰り返す ことにより、複数のシリコンェピタキシャルゥエーハを製造することができる。
[0009] ところで、上記のようなェピタキシャル成長の際には、 CVD装置 11の内部に設置さ れている治具等の表面にシリコン副生成物が成長する。成長したシリコン副生成物は 、加熱 ·冷却等による治具の膨張《収縮によって治具表面力 剥離してパーティクル となる。このパーティクルがゥエーハの主表面に付着すると、ェピタキシャル層の結晶 欠陥を誘起する。この結晶欠陥は半導体素子の良品収率低下及び電気特性に影響 を及ぼすことが判明しているため、可能な限り結晶欠陥を少なくすることが求められて いる。
[0010] また、石英チャンバ一 6の内壁にシリコン副生成物が成長した場合には、石英チヤ ンバー 6の熱伝導度を変化させてしまい、 目的の処理条件が得られなくなる可能性 が出てくるため、シリコン副生成物は定期的に除去する必要がある。このため、上記 のようなシリコンェピタキシャルゥエーハの製造工程を 1回以上 (例えば 5回)行ったら 、石英チャンバ一 6の内部に、ガス供給口 7から定期的に塩酸ガス等のエッチングガ スを導入し、シリコン副生成物を除去する方法が行われている。このとき、エッチング ガスはシリコン副生成物だけでなぐ石英チャンバ一 6内の各部材、例えば、均熱治 具 3や石英治具 4、チャンバ一天板 6a、チャンバ一側壁 6c等もエッチングしてしまう ため、長期間の使用によりこれらの各部材は劣化していく。特に、石英治具 4やチヤ ンバー側壁 6c等の不透明石英製の部材は、内部に有する微細な気泡のため、密度 力 S小さぐエッチングによる劣化が進行しやすい。そして、劣化により気泡が露出する と、気泡間の石英がエッチングにより大量に脱離してパーティクル汚染の原因となつ てしまう。なお、所定の期間あるいは所定の枚数のシリコンェピタキシャルゥエーハを 製造した後に石英チャンバ一 6、及びその内部の治具を解体し、酸性溶液 (例えばフ ッ酸と硝酸の混合水溶液等)で洗浄を行 ヽ、シリコン副生成物の除去を行うこともある 1S この場合も同様の問題が生じる。
[0011] 特開平 7— 86178号公報によれば、 CVD装置内の治具の一つである原料供給ノ ズルに付着するシリコン副生成物の成長を防止するために、原料ガス供給ノズルのノ ズル基部を不透明石英で、ノズル先端部を透明石英で構成することを提案して ヽる。 しかし、この構成では、不透明石英力 なるノズル基部がエッチングガスに曝露され るため、シリコン副生成物のエッチングはできてもノズル基部の劣化を防止することは できな 、と!/、う問題がある。
[0012] 特開平 8— 102447号公報によれば、 CVD装置等で用いられる石英治具として、 ゥエーハとの接触部にサンドブラスト処理を施した透明石英を用いることにより、副生 成物の剥離によるパーティクルの発生を防止すると!/、う方法が提案されて 、る。しか しながら、サンドブラスト処理では石英粉末を石英治具に吹き付けるため、この石英 粉末が石英治具に付着する可能性がある。このように付着した石英粉末は CVD装 置内部における加熱，冷却による石英治具の膨張，収縮のため、石英治具力 剥離 し、新たなパーティクル汚染の原因になるおそれがある。
[0013] 特開平 10— 256161号公報によれば、 CVD装置の石英製治具の表面を熱処理 することにより該表面の改質を行い、表面劣化を防止する方法が提案されている。し かし、このような表面改質法では、治具の極表層が透明化されるにすぎないため、水 素ガスやエッチングガスにより表面が侵食された場合、改質されていない不透明石英 部分がむき出しになり、劣化が促進するという問題がある。また、表面に成長した副 生成物が剥離するときに治具の極表層の石英を共に剥離させてしまい、劣化を早め るという問題もある。
[0014] 特開 2001— 102319号公報では、バッチ式熱処理装置における保温体に、表面 に気泡がない平滑な石英板を用いることにより、保温体表面への不純物の付着を防 止している。し力しながら、この石英板は 2枚の薄い石英板の一方の面に金属膜を形 成し、該 2枚の石英板の金属膜が形成された面同士を接触させ、バーナー等で熔着 することにより製造する必要があり、非常に煩雑な工程を経なければならない上、金 属膜を形成する蒸着機のような装置を準備する必要がある。
[0015] 本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、半導体製造装置内におい て、パーティクルの発生を抑制することが可能な、均熱治具を支持するための石英治 具、及びそれを備える半導体製造装置を提供することを目的とする。
[0016] 本発明者らが鋭意調査を重ねた結果、半導体製造装置内において発生するパー ティクルは、石英治具の表面に成長したシリコン副生成物が剥離したものと、石英治 具の劣化によって石英自体が脱離したものであることを見出した。すなわち、半導体 製造装置によるェピタキシャル成長過程で、装置内の治具表面にシリコン副生成物 が成長し、力かるシリコン副生成物が加熱 ·降温による治具の膨張 '収縮によって剥 離してパーティクルとなる場合と、力かるシリコン副生成物とともに、内部に微小かつ 高密度の気泡を有する不透明石英製の治具力 微細な石英が脱離してパーテイク ルとなる場合とがある。また、シリコン副生成物を除去するためにエッチングガスを半 導体製造装置内に導入する操作を繰り返すと、内部に微小かつ高密度の気泡を有 する不透明石英製の治具は急速な劣化を起こしやすぐ石英の脱離がさらに増長さ れることとなる。
そこで、半導体製造装置内の石英治具のうち、均熱治具と接するために高温になり やすぐシリコン副生成物が最も成長しやすい石英治具に着目し、次の発明をするに 到った。
発明の開示
[0017] すなわち、本発明の石英治具は、半導体ゥ ーハの主表面上にェピタキシャル層 を成長させる半導体製造装置の内部に備えられ、ェピタキシャル成長時に、半導体 ゥエーハを載置するサセプターの温度を均一に保ち、該サセプターの上面と略同一 平面上に上面が位置する均熱治具を支持するための石英治具であって、少なくとも 当該均熱治具と接触する部分が透明石英にて構成されてなることを特徴とする。
[0018] かかる石英治具では、シリコン副生成物が最も成長しやすい部分である均熱治具と の接触部分が透明石英とされている。透明石英は、不透明石英と比較して緻密で、 内部に気泡がほとんど存在しないことから、シリコン副生成物と共に治具表面の石英 が剥離する可能性や、シリコン副生成物を除去するためのエッチングガスに曝露され て気泡間の微小な石英がパーティクルとなって発塵する可能性を大幅に抑制できる
[0019] 次に、本発明の石英治具は、不透明石英にて構成される核部と、透明石英にて構 成され、且つ当該核部をその表面が露出しないように被覆する表層部と、を有するこ とが好ましい。このような構成にすることで、透明石英 (表層部）によって石英治具の 全ての表面にわたって上記の効果が得られることに加えて、均熱治具から赤外線等 による放熱があっても、透明石英 (表層部）の下層にある不透明石英 (核部）が赤外 線等を反射するので、均熱治具の温度を所望の温度に保持しやすくなる。
[0020] 次に、本発明の石英治具は、上記半導体製造装置の内部に搬入出される半導体 ゥエーハの搬送経路上に当たる部分が切り欠かれた形状とすることができる。このよう に構成することで、ゥエーハの搬入'搬出時において、ゥエーハが通過する搬送経路 の上部に石英治具が存在しな 、ため、たとえ石英治具表面に成長したシリコン副生 成物が剥離しても、パーティクルとなってゥヱーハの主表面に付着することを抑制す ることがでさる。
[0021] また、上記半導体製造装置の内部に成長ガスを導入するためのガス供給口の近傍 に当たる部分が切り欠かれた形状とすることもできる。このように、ェピタキシャル成長 時にシリコン副生成物が成長しやす 、部分であるガス供給口の近傍に石英治具が 存在しないようにすれば、シリコン副生成物が石英治具の表面に成長するのを効果 的に抑制することができる。
[0022] 以上の石英治具を備える半導体製造装置によれば、上記の通り、均熱治具を支持 する石英治具の表面に透明石英を用いているため、シリコン副生成物が剥離する際 、治具表面の石英が一緒に脱離することを抑制できる。また、エッチングガスに石英 治具が曝露されてエッチングされても微小な石英が脱離し、パーティクルとなってゥェ ーハを汚染することを抑制できる。さらには、石英治具を上記のような切り欠いた形状 とすることで、たとえシリコン副生成物が石英治具力 剥離しても、ゥエーハ表面に付 着してゥエーハを汚染することを抑制できる。
図面の簡単な説明
[0023] [図 1]本発明の半導体成長装置の概略断面図である。
[図 2]本発明の石英治具の構造を示す概略断面図である。
[図 3]本発明の石英治具の別の 1例の構造を示す概略断面図である。
[図 4]本発明の石英治具の別の 1例の概略正面図である。
[図 5]本発明の石英治具の別の 1例の概略正面図である。
[図 6]従来の石英治具の構造を示す概略断面図である。 [図 7]サセプター、ゥ ーハ、均熱治具、石英治具の配置を示す概略正面図である。
[図 8]実施例 1〜4と比較例のパーティクル数を比較したグラフである。
発明を実施するための最良の形態
[0024] 以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図 1に示すように、半導体製造装置 11の内部には、サセプター 1、均熱治具 3、石 英治具 4、石英チャンバ一 6、ガス供給口 7、ガス排出口 8、サセプター支持治具 10 等の部品や治具が組み込まれている。このような半導体製造装置 11の内部にシリコ ン単結晶ゥエーハ 2を搬入し、該ゥエーハ 2の主表面にシリコンェピタキシャル層を成 長させる場合、半導体製造装置 11の内部を所望の温度に昇温し、ガス供給口 7から 成長ガスを導入する。これにより、シリコン単結晶ゥエーハ 2の主表面上にシリコンェ ピタキシャル層が成長するが、その際、サセプター 1、均熱治具 3、石英治具 4、石英 チャンバ一 6、ガス供給口 7、ガス排出口 8、サセプター支持治具 10の表面にも薄い 多結晶シリコン層が成長し、シリコン副生成物となる。
[0025] このとき、サセプタ— 1と均熱治具 3はその表面が炭化珪素であるため、シリコン副 生成物と熱膨張係数が近ぐシリコン副生成物がサセプター 1や均熱治具 3の表面か ら剥離する可能性は石英製の治具と比べてかなり低い。そのため、定期的にガス供 給口 7から導入される塩酸ガスによるエッチングで該表面力もシリコン副生成物を除 去することにより、シリコン副生成物の剥離を十分抑制することができる。
[0026] また、均熱治具 3の上面とサセプター 1の上面は図 6に示すように、略同一平面上 に存在し、その間の隙間も小さいため、成長ガスは均熱治具 3やサセプター 1のごく 近傍を除き、均熱治具 3やサセプター 1より下方へはほとんど流れない。したがって、 サセプター支持治具 10の表面にも非常に薄いシリコン副生成物が成長するだけな ので、塩酸ガスによって定期的にシリコン副生成物を除去することにより、該副生成 物の剥離を十分抑制することができる。
[0027] 石英チャンバ一 6、ガス供給口 7、ガス排出口 8は石英製であり、熱伝導度が低い。
そして、ゥエーハと同程度の高温にまで加熱されるサセプタ— 1や均熱治具 3から離 れているので、これらの治具は温度がそれほど高くならず、非常に薄いシリコン副生 成物が成長するのみであるので、塩酸ガスによって定期的にシリコン副生成物を除 去することにより、該副生成物の剥離を十分抑制することができる。したがって、石英 チャンバ一側壁 6cやガス供給口 7、ガス排出口 8が不透明石英であっても成長する シリコン副生成物が薄いため、該副生成物と一緒に剥離する微小石英が少ない。さ らに、塩酸ガスのエッチングの際には、エッチングを効率良く進めるため、やはり所望 の温度に半導体製造装置 11内部を昇温するが、前述したようにこれらの治具は温度 がそれほど高くならないため、塩酸ガスによる石英のエッチングもごくわず力し力進行 せず、微小石英が脱離してパーティクルとなる可能性は低 、ものとなる。
[0028] 一方、石英治具 4は、高温に加熱される均熱治具 3を支持しているため、均熱治具 3と同程度の温度にまで加熱される。また、前述したように、成長ガスがサセプター 1 や均熱治具 3の裏面側へ大量に回り込むことは少ないが、これらサセプター 1や均熱 治具 3の裏面のごく近傍には成長ガスが回り込んでいる。そのため、石英治具 4の側 面や下面にはシリコン副生成物の成長が促進される。特に、均熱治具 3と石英治具 4 の間の隙間はガスの流れが極めて遅いため、成長ガスが滞留しやすくシリコン副生 成物の成長がさらに促進される。
[0029] 石英治具 4に成長するシリコン副生成物も塩酸ガス等により除去されるが、上述した 理由により他の部品や治具に比べてシリコン副生成物の成長が速ぐかつ、均熱治 具 3の裏面側に位置しているため、エッチングガスが流れにくい。特に、均熱治具 3と 石英治具 4の間の隙間は流れにくい。そのため、シリコン副生成物が石英治具 4の表 面に残留しやすぐェピタキシャル成長過程における昇温 ·降温による石英治具 4の 膨張 ·収縮によりシリコン副生成物が剥離し、石英チャンバ一 6内における有力なパ 一ティクル発生源となるおそれがある。また、シリコン副生成物が剥離する際には、石 英治具 4の表面の石英が該副生成物と結合していっしょに剥離することがあり、それ により石英治具 4の劣化が進行する可能性がある。
[0030] 上記不具合を抑制するため、塩酸ガス等のエッチングガスを大量に流し、石英治具 4の表面に成長したシリコン副生成物を十分に除去することはできる。しかしながら、 大量のエッチングガスは、石英治具 4以外の石英治具、たとえば、石英チャンバ一 6 やガス供給口 7、ガス排出口 8の劣化を促進してしまうため、半導体製造装置 11の部 品や治具の交換頻度が高くなり、結果として装置の稼動効率を悪くする可能性があ る。
[0031] さらに、石英治具 4の表面が不透明石英である場合、エッチングガスを十分に流し てシリコン副生成物を除去する際、石英治具 4の表面のエッチングも進行して該治具 4が劣化し、不透明石英の気泡間に存在する微小石英が露出して脱離し、パーティ クルとなる可能性がある。
[0032] そこで、本発明では、図 2に示すように、均熱治具 3と接する石英治具 4の上面の材 質を透明石英とする。石英治具 4の上面は均熱治具 3と接するため、最も高温になり やすい。また、サセプター 1と均熱治具 3の間の隙間に近いため、成長ガスの濃度が より高ぐし力も石英治具 4の上面と均熱治具 4の下面の隙間は成長ガスが非常に滞 留しゃすい。そのため、石英治具 4の上面にはシリコン副生成物が最も成長しやすい 。そこで、石英治具 4の上面を透明石英とすれば、透明石英には気泡が存在せず、 石英分子が緻密に配列されているので、シリコン副生成物の剥離が生じても石英治 具 4の上面の一部が一緒に脱離してしまうことを好適に防ぐことができる。また、塩酸 等によるエッチングが行われても透明石英には気泡がほとんど存在しないため、不透 明石英の気泡間に存在するような微小石英の脱離を好適に防ぐことができる。
[0033] また、図 3に示すように、石英治具 4は、上面だけでなく側面及び下面 (すなわち、 全ての表面)も透明石英とすることがより好ましい。すなわち、石英治具 4を、不透明 石英にて構成される核部と、透明石英にて構成される表層部と、を有するように構成 することができる。石英治具 4の表面のうち、もっともシリコン副生成物が成長しやす いのは、前述のとおり石英治具 4の上面である力 該治具 4の側面も下面も他の治具 や部品と比べて高温になりやすいので、シリコン副生成物の成長も促進される。した がって、これらの表面も透明石英とすれば、シリコン副生成物の剥離が生じても石英 治具 4の一部が一緒に剥離してしまうことを好適に防ぐことができる。また、塩酸等に よるエッチングが行われても透明石英には気泡がほとんど存在しないため、不透明 石英の気泡間に存在するような微小石英の脱離を好適に防ぐことができる。なお、不 透明石英と透明石英の積層は、両者を重ね合わせバーナーで熔着する等の公知の 技術を用いればよい。
[0034] さらに、石英治具 4は、従来のようなリング形状（図 7参照）とすることもできるが、図 4 に示すように、石英治具 4の一部を切り欠いた形状にして、ゥヱーハの搬送経路上に 石英治具 4が存在しな 、ようにすることが好ま 、。石英治具 4をこのような形状にす ることで、たとえ石英治具 4力もシリコン副生成物の剥離が発生しても、搬送中のゥェ 一ハの主表面にシリコン副生成物がパーティクルとして落下、付着することを抑制す ることがでさる。
[0035] このとき、搬送経路上だけでなぐシリコン副生成物が成長しやすい部分も切り欠い た石英治具 4を用いてもよい。例えば、ガス供給口 7の近傍は成長ガスの濃度が高く 、該成長ガスが均熱治具 3の裏面に回り込んで石英治具 4の表面にシリコン副生成 物が成長しやすい。したがって、ガス供給口 7の周囲に位置する石英治具 4の一部を 切り欠いてもよい。あるいは、図 5のような石英治具 4にしてもよい。なお、上述してき た石英治具 4は石英チャンバ一側壁 6cに固定されている。
[0036] 上記のような石英治具 4を用 、た CVD装置 11でサセプター 1上に載置されたシリコ ン単結晶ゥエーハ 2の主表面にシリコンェピタキシャル成長を行えば、シリコンェピタ キシャル層の表面上にパーティクルの付着が少ないシリコンェピタキシャルゥエーハ を製造することができる。このときのシリコンェピタキシャル成長の条件は、上述したよ うな公知の製造条件によればよい。
[0037] 以上、本発明を枚葉式 CVD装置に適用した場合について説明したが、本発明は 枚葉式の CVD装置に限らず、バッチ式の CVD装置等に対しても適用可能である。 また、 CVD装置内のガスによるエッチングとして塩酸ガスを例に挙げた力 その他の 還元性ガスにぉ 、ても同様の効果を奏することは言うまでもな 、。
実施例
[0038] (実施例 1)
導電型 p型、直径 200mm、結晶方位く 100>のシリコン単結晶ゥエーハを準備し 、図 1に示すような枚葉型 CVD装置に該ゥエーハを投入した。この CVD装置の石英 治具として、均熱治具と接する不透明石英の表面に厚さ lmmの透明石英を溶着し たリング状の治具 (図 2参照)を使用した。 CVD装置に投入されたシリコン単結晶ゥェ ーハは 1050°Cに昇温され、原料ガスである水素希釈のトリクロロシランを石英チャン バー内に導入し、 6 mのシリコンェピタキシャル層をゥエーハの主表面に成長させ た。この処理を 10回繰り返した後、 CVD装置内のドライエッチングとして、塩酸ガス によるクリーニングを行った。以上の、シリコンゥエーハ 10枚の処理とドライエッチング 1回を連続して行った。
[0039] (実施例 2)
実施例 1で使用したものと同様のシリコン単結晶ゥエーハを準備し、同じ条件で該ゥ エーハの主表面に対してシリコンェピタキシャル層を 6 m成長させた。このとき、 CV D装置の石英治具として、不透明石英の全ての表面に厚さ lmmの透明石英を溶着 したリング状の治具 (図 3参照)を使用した。
[0040] (実施例 3)
実施例 1で使用したものと同様のシリコン単結晶ゥエーハを準備し、同じ条件で該ゥ エーハの主表面に対してシリコンェピタキシャル層を 6 m成長させた。このとき、 CV D装置の石英治具として、均熱治具と接する不透明石英の表面に厚さ lmmの透明 石英を溶着し、ゥエーハの搬送経路上の石英治具部分を切り欠いた治具 (図 4参照） を使用した。
[0041] (実施例 4)
実施例 1で使用したものと同様のシリコン単結晶ゥエーハを準備し、同じ条件で該ゥ エーハの主表面に対してシリコンェピタキシャル層を 6 m成長させた。このとき、 CV D装置の石英治具として、均熱治具と接する不透明石英の表面に厚さ lmmの透明 石英を溶着し、図 5に示したような形状の治具を使用した。
[0042] (比較例）
実施例 1で使用したものと同様のシリコン単結晶ゥエーハを準備し、同じ条件で該ゥ エーハの主表面に対してシリコンェピタキシャル層を 6 m成長させた。このとき、 CV D装置の石英治具として、不透明石英が全面で露出した従来の治具 (図 6参照)を使 用した。
[0043] 以上の実施例に基づき、各実施例及び比較例にお!、て、合計 3000枚の処理を行 つた。この後、同様のシリコンゥエーハを使用し、同様の連続処理を 100枚行ったとき の、該 100枚のゥエーハについて、パーテイクノレカウンター（ケーエノレエ一 テンコー ル社製 SP— 1)でシリコンェピタキシャルゥエーハの主表面上のパーティクルをカウン トし、パーティクルのカウント数について、 0.12 m以上のサイズにおける 100枚の平 均値を算出した。結果として、従来の石英治具を用いた比較例におけるパーティクル カウント数の平均値を 1として比較したグラフを図 8に示す。本発明の石英治具を用い れば、パーティクル数は約 1/5に減少していることがわかる。

Claims

請求の範囲
[1] 半導体ゥ ーハの主表面上にェピタキシャル層を成長させる半導体製造装置の内 部に備えられ、ェピタキシャル成長時に、半導体ゥエーハを載置するサセプターの温 度を均一に保ち、該サセプターの上面と略同一平面上に上面が位置する均熱治具 を支持するための石英治具であって、
少なくとも当該均熱治具と接触する部分が透明石英にて構成されてなることを特徴 とする石英治具。
[2] 不透明石英にて構成される核部と、透明石英にて構成され、且つ当該核部をその 表面が露出しな 、ように被覆する表層部と、を有することを特徴とする請求の範囲第
1項に記載の石英治具。
[3] 前記半導体製造装置の内部に搬入出される半導体ゥ ーハの搬送経路上に当た る部分が切り欠かれた形状であることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に 記載の石英治具。
[4] 前記半導体製造装置の内部に成長ガスを導入するためのガス供給口の近傍に当 たる部分が切り欠かれた形状であることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項 に記載の石英治具。
[5] 請求の範囲第 1項な 、し第 4項の 、ずれか 1項に記載の石英治具を備えてなること を特徴とする半導体製造装置。
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