JP2002151416A - エピタキシャル成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応終了後のガス置換で材料ガス導入ノズル
内から生成物が剥離落下してウエハ表面を汚染すること
なく、高品質のエピタキシャルウエハが得られるエピタ
キシャル成長装置の提供。 【解決手段】 シールドチャンバー内で、一対のウエハ
ホルダによって保持された一対の半導体ウエハの互いに
対向する成長対象表面に材料ガスを供給する材料ガス導
入ノズルを備えたエピタキシャル成長装置において、該
材料ガス導入ノズルとは別に、前記一対の半導体ウエハ
の成長対象表面間にパージガスを供給するパージガス導
入ノズルをさらに備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハの表
面にエピタキシャル層を形成するためのエピタキシャル
成長装置に関するものであり、特に半導体ウエハの成長
対象表面にガスを供給するガス導入ノズルに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】現在、高温に加熱されたシリコン基板上
に水素キャリアにより、SiCl_４ ，SiHCl_３，SiH_２Cl_２
またはSiH_４等のシリコンソースガス（材料ガス）を供
給し、基板上でＨ−Ｓｉ−Ｃｌ系の反応を通じてシリコ
ン単結晶を堆積、成長させるＨ−Ｓｉ−Ｃｌ系ＣＶＤ法
（Chemical vapor deposition)がシリコンエピタキシャ
ル成長方法として最も広く研究、応用されている。

【０００３】このようなエピタキシャル成長方法を利用
した従来のエピタキシャル成長装置としては、シールド
チャンバー内で一対の半導体ウエハをそれらの成長対象
表面を互いに対向させて配置することにより、一対の半
導体ウエハの間に独立した反応空間を形成する一対のウ
エハホルダと、この前記成長対象表面を含む反応空間内
部に材料ガスを供給する材料ガス供給ノズルと、反応空
間内部を所定の成長温度まで加熱するヒータとを備えた
装置がある。

【０００４】このようなエピタキシャル成長装置では、
反応空間内部を加熱しながら半導体ウエハを回転テーブ
ルによってウエハホルダごと回転させ、この反応空間内
部にガス導入ノズルから材料ガスを供給する。材料ガス
は、半導体ウエハの成長対象表面に供給され、その表面
上にエピタキシャル成長層が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のエピ
タキシャル成長装置では、通常、エピタキシャル反応中
に材料ガス導入ノズルで水素ガス等のキャリアガスと共
に材料ガスを供給しているが、反応終了後に材料ガスの
み供給を止めてキャリアガスをガス置換パージガスとし
て供給している。即ち、同じガス導入ノズルで材料ガス
もパージガスも供給しているのが一般的であった。

【０００６】しかしながら、エピタキシャル成長反応中
に材料ガスを供給しているガス導入ノズルの内壁面には
生成物が形成され付着しているため、同じノズルでエピ
タキシャル成長反応終了後のガス置換パージを行うと、
ノズル内部に付着していた生成物がパージガスに吹かれ
て剥離し、ウエハ表面上に落下付着してエピタキシャル
ウエハの品質を劣化させてしまうという問題があった。

【０００７】本発明の目的は、上記問題点に鑑み、反応
終了後のガス置換で材料ガス導入ノズル内から生成物が
剥離落下してウエハ表面を汚染することなく、高品質の
エピタキシャルウエハが得られるエピタキシャル成長装
置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明に係るエピタキシャル成長装
置は、シールドチャンバー内で、一対の半導体ウエハを
それらの成長対象表面が互いに対向するように保持する
一対のウエハホルダと、前記一対のウエハホルダの間に
挿入され、前記一対の半導体ウエハの各成長対象表面に
材料ガスを供給する材料ガス導入ノズルとを備え、前記
各成長対象表面にエピタキシャル層を形成するエピタキ
シャル成長装置において、前記材料ガス導入ノズルとは
別に、前記一対の半導体ウエハの成長対象表面間にパー
ジガスを供給するパージガス導入ノズルをさらに備えた
ものである。

【０００９】また、請求項２に記載の発明に係るエピタ
キシャル成長装置は、請求項１に記載のエピタキシャル
成長装置において、前記材料ガス導入ノズルおよびパー
ジガス導入ノズルは、前記ウエハの幅方向に交互に配置
された複数の噴出口をそれぞれ有するものである。

【００１０】また、請求項３に記載の発明に係るエピタ
キシャル成長装置は、請求項１に記載のエピタキシャル
成長装置において、前記材料ガス導入ノズルおよびパー
ジガス導入ノズルは、前記一対の半導体ウエハの対向す
る成長対象表面間の間隔幅方向に亘って交互に配置され
た噴出口をそれぞれ少なくとも一つずつ備えたものであ
る。

【００１１】本発明においては、材料ガスを半導体ウエ
ハの成長対象表面へ供給する材料ガス導入ノズルとは別
に、パージガスのみを供給するパージガス導入ノズルを
備えたものであるため、エピタキシャル反応終了後に、
パージガスを材料ガス導入ノズルから供給する必要がな
くなり、エピタキシャル反応中に材料ガス導入ノズル内
壁面に付着した生成物がパージガス噴出により剥離落下
してウエハ表面を汚染することがなくなるため、高品質
のエピタキシャルウエハが得られる。

【００１２】なお、本発明におけるエピタキシャル成長
装置においては、一対の半導体ウエハをそれらの成長対
象表面を互いに対向させて配置し、これら成長対象表面
へ材料ガスを供給してエピタキシャル成長層を形成する
ものであるため、一対の半導体ウエハの間の空間を反応
空間としてこの成長対象表面を含む反応空間内部にガス
導入ノズルからガスを噴出させなければならない。ま
た、特に材料ガスはウエハの成長対象表面に沿って均一
な層流として供給されなければならないことから、ガス
導入ノズルの構成としては、複数個の噴射口がウエハ直
径幅方向に亘ってウエハの片側半周を包囲するように並
列配置される構成が最も好ましい。

【００１３】このようなガス導入ノズルの形状におい
て、本発明の材料ガス導入ノズルとパージガス導入ノズ
ルとを別に設ける構成としては、例えば、請求項２に記
載したように前記のウエハ幅方向に亘って並列配置され
る噴出口をそれぞれ材料ガス導入ノズルの噴出口とパー
ジガス導入ノズルの噴出口とで交互に並列配置されるも
のが設計上簡便である。

【００１４】あるいは請求項３に記載したように、ウエ
ハの幅方向にはそれぞれ同種のガス噴出口を並列配置
し、一対のウエハ間隔方向に材料ガス導入ノズルの噴出
口とパージガス導入ノズルの噴出口とを交互に積層状態
で設ける構成でも良い。この場合、一対のウエハ間隔を
従来より若干広げることも生じるが、供給されるガスの
均一性が高い。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態として、以下
に材料ガス導入ノズルとパージガス導入ノズルとを備え
たエピタキシャル成長装置を図１〜図３に示す。図３は
本実施形態に係るエピタキシャル成長装置の概略全体構
成図である。本実施形態のエピタキシャル成長装置は、
縦置き型のチャンバー１を用い、２枚の直径約４００ｍ
ｍのシリコンウエハ１０を夫々垂直に立てた状態で各ウ
エハの成長対象表面にエピタキシャル層を形成させるも
のである。

【００１６】本実施形態のエピタキシャル成長装置は、
図３に示すように、２枚一対のシリコンウエハ１０の各
々を、それらの成長対象表面が互いに対面するように保
持する一対のウエハホルダ１１と、一対のウエハホルダ
１１のそれぞれをその外周から支持する一対の回転テー
ブル１２と、上部から一対のウエハ１０の成長対象表面
の間に形成される反応空間７に材料ガスとしてのシリコ
ンソースガスやキャリアガス（Ｈ_２ ）を供給するため
のガス供給管系５と、ウエハ１０の成長対象表面の間に
供給されたシリコンソースガスを装置外部に吸引排気す
るためのガス排気ノズル８と、各シリコンウエハ１０を
裏面側から加熱する加熱源としての２個の抵抗加熱ヒー
タ９と、一対の回転テーブル１２を互いに接近離反させ
るボールネジ機構（１５，１６，１７ａ）とを主に備え
ている。

【００１７】一対のウエハホルダ１１は夫々円環形状と
なっており、各内側縁部でウエハ１０の周縁部を保持し
ている。ウエハホルダ１１の外側周辺部は、回転テーブ
ル１２の開口部周縁によって解除可能に挟持される。即
ち、回転テーブル１２の開口部を塞ぐようにそれぞれ一
対のシリコンウエハ１０がそれらの成長対象表面を互い
に対面状態でウエハホルダ１１によって垂直方向に立て
て固定されている。

【００１８】各回転テーブル１２の外側縁部は、上部頂
点の１箇所と下部の２箇所の計３箇所で回転可能な軸受
３a、３ｂの外周面に接している。下部の軸受３ｂのう
ちの一方（紙面背面側、不図示）は電動モータ（図示せ
ず）の駆動によって水平軸周りに回転し、回転テーブル
１２を水平軸周りに回転させ、これによってウエハホル
ダ１１と共に垂直面内に保持されているシリコンウエハ
１０も水平軸回りに回転する。

【００１９】各回転テーブル１２は、夫々ボールネジ機
構によって図３の左右方向に移動可能であり、一対の回
転テーブル１２が互いに接近離反するようになってい
る。即ち、各回転テーブル１２の外側縁部にはナット１
６が外接しており、このナット１６は水平方向に延在す
るネジ棒１５に螺合している。そして、ネジ棒１５を電
動モータ１７ａにより軸回転させることによりナット１
６が左右に移動し、その結果回転テーブル１２及び回転
テーブル１２に保持されたウエハホルダ１１がウエハ１
０ごと左右方向に移動する。

【００２０】本実施形態におけるガス供給管系５は、ぞ
れぞれ材料ガス導入ノズル６ａへ材料ガスを供給する材
料ガス供給管５ａと、パージガス導入ノズル６ｂへパー
ジガスのみを供給するパージガス供給管５ｂとを備えて
いる。

【００２１】図１は、本実施形態のエピタキシャル成長
装置に使用するガス導入ノズル６の構成を示す概略正面
図であり、図３の装置側方からの透視図である。このガ
ス導入ノズル６は、材料ガスおよびキャリアガスを前記
一対のウエハ成長対象表面間の反応空間７へ噴出する材
料ガス導入ノズル６ａと、キャリアガスと同種のパージ
ガスのみを前記反応空間へ噴出する材料ガス導入ノズル
６ｂとが、これらの噴出口がウエハ１０の片側半周を包
囲するようにウエハ直径幅方向に亘って交互に並列配置
されている。従ってこれら並列した材料ガス導入ノズル
６ａおよびパージガス導入ノズル６ｂの噴出口先端部全
体が、ウエハ１０外周と同心状の上方略半円の円弧状を
なしており、ウエハ１０の片側半周が包囲されている交
互に並列配置されるように設けられたものである。

【００２２】以上のガス導入ノズル６の構成において
は、エピタキシャル成長反応中は、材料ガス導入ノズル
６ａからの材料ガスと、パージガス導入ノズル６ｂから
のパージガスの両方を反応空間７へ噴出し、反応終了後
は、材料ガス導入ノズル６ａからの材料ガスの供給のみ
を停止し、パージガス導入ノズル６ｂからのパージガス
の噴出供給で反応空間７内のガス置換パージを行う。あ
るいは、反応中は材料ガス導入ノズル６ａのみから材料
ガスおよびキャリアガスを噴出し、反応終了後はパージ
ガス導入ノズル６ｂのみからパージガスを噴出させて材
料ガス導入ノズル６ａからの材料ガス及びキャリアガス
の供給を停止する。

【００２３】従って、本実施形態のガス導入ノズルで
は、エピタキシャル成長反応中に材料ガス導入ノズル６
ａの内壁面に生成物が付着してしまっていても、反応終
了後のガス置換パージの際に、パージガス専用のパージ
ガス導入ノズル６ｂを用いればよいので、材料ガス導入
ノズル６ａを用いてパージガスを供給する必要はなく、
ノズルに内に付着していた生成物がパージガスの噴出で
剥離し、ウエハ表面上へ落下付着することはない。

【００２４】また、材料ガス導入ノズル６ａとパージガ
ス導入ノズル６ｂとをそれぞれのガスが均一に反応空間
７へ供給するための配置構成としては、図１のようなそ
れぞれの噴出口がウエハの幅方向に交互に並列配置する
構成に限らず、例えば一対のウエハの間隔方向に交互に
配置する構成としても良い。

【００２５】図２に、一対のウエハの間隔方向に亘って
材料ガス導入ノズル６ａの噴射口ととパージガス導入ノ
ズル６ｂの噴射口とを交互に配置した三層構造（中央を
材料ガス、両側パージガス）のガス導入ノズル６の概略
側面図に示す。

【００２６】この場合のノズル構成では、ウエハ間隔方
向にノズルが積層状態となっているため、従来同様の一
層タイプに比べてウエハ間隔を広めに調整する場合もあ
るが、ウエハの幅方向には同一のガスを噴出する噴出口
を並列配置しているため、各ガス流はウエハ直径幅方向
に亘って均一性の高いものとなる。

【００２７】このように、材料ガス導入ノズルの噴出口
とパージガス導入ノズルの噴出口とを交互に配列する方
向については、ウエハおよび周辺装置を含むエピタキシ
ャル成長装置のサイズ設計等の条件に応じて適宜選択す
れば良い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明のエピタキ
シャル成長装置によれば、材料ガス導入ノズルを用いる
ことなく別のパージガス導入ノズルでガス置換パージを
行えるので、エピタキシャル成長反応中に材料ガス導入
ノズルの内壁面に付着してしまった生成物が、パージガ
ス噴出で剥離落下してウエハ表面を汚染することがなく
なり、高品質のエピタキシャルウエハが得られるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態のエピタキシャル成長装置
で使用するガス導入ノズルの概略構成図である。

【図２】本実施形態のエピタキシャル成長装置で使用す
るガス導入ノズルの他の態様を示す概略構成図である。

【図３】本実施形態のエピタキシャル成長装置の全体構
成を示す透視図である。

【符号の説明】

１：チャンバー ３ａ，３ｂ：軸受 ５：ガス供給管系 ５ａ：材料ガス供給管 ５ｂ：パージガス供給管 ６：ガス導入ノズル ６ａ：材料ガス導入ノズル ６ｂ：パージガス導入ノズル ７：反応空間 ８：ガス排気ノズル ９：抵抗加熱ヒータ ９ａ：ヒータカバー １０：シリコンウエハ １１：ウエハホルダ １２：回転テーブル １５：ネジ棒 １６：ナット １７ａ：ホルダ移動用電動モータ １７ｂ：ヒータ移動用電動モータ １８：支持部材 １９：第２ネジ棒 ２０：第２ナット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 正人 群馬県安中市中野谷555番地の１ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 (72)発明者 中原 信司 群馬県安中市中野谷555番地の１ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 (72)発明者 井澗 新一 神奈川県川崎市中原区市ノ坪370番地 東 横化学株式会社内 Ｆターム(参考） 4K030 AA03 AA06 AA17 BA29 BB02 CA04 EA03 EA04 EA06 FA10 KA08 LA15 5F045 AB02 AC01 AC03 AC05 AF03 BB14 DP11 EE14 EF02 EF05 EF08 EK06 EM02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールドチャンバー内で、一対の半導体
   ウエハをそれらの成長対象表面が互いに対向するように
   保持する一対のウエハホルダと、前記一対のウエハホル
   ダの間に挿入され、前記一対の半導体ウエハの各成長対
   象表面に材料ガスを供給する材料ガス導入ノズルとを備
   え、前記各成長対象表面にエピタキシャル層を形成する
   エピタキシャル成長装置において、 前記材料ガス導入ノズルとは別に、前記一対の半導体ウ
   エハの成長対象表面間にパージガスを供給するパージガ
   ス導入ノズルをさらに備えたことを特徴とするエピタキ
   シャル成長装置。
2. 【請求項２】 前記材料ガス導入ノズルおよびパージガ
   ス導入ノズルは、前記ウエハの幅方向に交互に配置され
   た複数の噴出口をそれぞれ有することを特徴とする請求
   項１に記載のエピタキシャル成長装置。
3. 【請求項３】 前記材料ガス導入ノズルおよびパージガ
   ス導入ノズルは、前記一対の半導体ウエハの対向する成
   長対象表面間の間隔幅方向に亘って交互に配置された噴
   出口をそれぞれ少なくとも一つずつ備えたことを特徴と
   する請求項１に記載のエピタキシャル成長装置。