JP2006049503A - Epitaxially growing apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an epitaxially growing apparatus in which an epitaxially growing rate is raised, the decrease of the suppressing effect of autodoping due to the gas leakage from the gap between preheating ring and a susceptor is prevented, the uniformity of the specific resistance of the epitaxial film is thereby raised, the amount of using reaction gas is reduced, and a lower side dome becomes hardly cloudy as well. <P>SOLUTION: Since a gap (a) between the preheating ring 60 and the susceptor 20 is constituted to be covered with a cover 61, the gas leakage from the gap (a) can be prevented. As a result, the epitaxial growth rate to the front surface of a silicon wafer W is raised, and the decrease of the suppressing effect of the autodoping due to this gas leakage can be prevented. Consequently, the uniformity of the specific resistance of the epitaxial film is raised. Further, the amount of the using reaction gas is reduced, and the cloudiness of the lower side dome 4 is suppressed as well. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は半導体ウェーハの表面にエピタキシャル膜を成膜するエピタキシャル成長装置、詳しくはそのエピタキシャル成長装置におけるサセプタの外周に設けられたプリヒートリング（予熱リングまたは予加熱リング）の改良に関する。   The present invention relates to an epitaxial growth apparatus for forming an epitaxial film on the surface of a semiconductor wafer, and more particularly to improvement of a preheat ring (preheating ring or preheating ring) provided on the outer periphery of a susceptor in the epitaxial growth apparatus.

近年、ＭＯＳデバイス用のシリコン基板として、表面側と裏面側とのドーパント濃度が異なるエピタキシャルウェーハが開発されている。これは、ドーパントが高濃度に添加された低抵抗率のシリコンウェーハの表面に、このウェーハのドーパント濃度よりも低濃度のドーパントが添加されたエピタキシャル膜を成膜したものである。このエピタキシャルウェーハは、ＭＯＳデバイスのゲート酸化膜の歩留りが高まるとともに、寄生容量の低減、ソフトエラー（メモリの誤動作）の防止、高ゲッタリング能力などの優れた特性を有している。
エピタキシャル膜を成膜する装置としては、例えば特許文献１のような枚葉式のエピタキシャル成長装置が知られている。特許文献１はコンパクトな反応室を有しており、ハロゲンランプによる輻射加熱方式を採用している。枚葉処理であるため、均熱条件、ガス流分布の設計が容易であり、エピタキシャル膜特性を高くすることが可能である。したがって、大口径のシリコンウェーハを処理するために有効な装置である。 In recent years, epitaxial wafers having different dopant concentrations on the front side and the back side have been developed as silicon substrates for MOS devices. This is an epitaxial film in which a dopant having a concentration lower than the dopant concentration of this wafer is formed on the surface of a low resistivity silicon wafer to which a dopant is added at a high concentration. This epitaxial wafer has excellent characteristics such as an increase in the yield of the gate oxide film of the MOS device, reduction of parasitic capacitance, prevention of soft error (memory malfunction), and high gettering capability.
As an apparatus for forming an epitaxial film, for example, a single-wafer type epitaxial growth apparatus as in Patent Document 1 is known. Patent Document 1 has a compact reaction chamber and employs a radiant heating method using a halogen lamp. Since it is a single wafer process, it is easy to design soaking conditions and gas flow distribution, and it is possible to improve the epitaxial film characteristics. Therefore, it is an effective apparatus for processing a large-diameter silicon wafer.

図７および図８は、特許文献１のエピタキシャル成長装置５０の構成を示している。このエピタキシャル成長装置５０には、上側ドーム３と下側ドーム４とが対向して設けられ、これらはドーム取付体５により固定されている。これにより、密閉された反応室２が形成される。上側ドーム３および下側ドーム４は、石英などの透明な素材で形成されている。ドーム取付体５の所定位置には、反応室２にガスをシリコンウェーハＷの表面に対して平行（水平）に流入させるガス供給口１２が設けられる。また、ドーム取付体５のガス供給口１２との対向位置には、反応室２内のガスを外部へ排出するガス排出口１３が設けられている。そして、反応室２の上方および下方には、これを加熱するハロゲンランプ６がそれぞれ設けられる。   7 and 8 show the configuration of the epitaxial growth apparatus 50 of Patent Document 1. FIG. The epitaxial growth apparatus 50 is provided with an upper dome 3 and a lower dome 4 facing each other, and these are fixed by a dome mounting body 5. Thereby, the sealed reaction chamber 2 is formed. The upper dome 3 and the lower dome 4 are made of a transparent material such as quartz. A gas supply port 12 through which gas flows into the reaction chamber 2 in parallel (horizontal) to the surface of the silicon wafer W is provided at a predetermined position of the dome mounting body 5. A gas discharge port 13 for discharging the gas in the reaction chamber 2 to the outside is provided at a position facing the gas supply port 12 of the dome mounting body 5. A halogen lamp 6 is provided above and below the reaction chamber 2 to heat it.

反応室２内には、シリコンウェーハＷを搭載する円板状のサセプタ２０が設けられている。サセプタ２０の表面側には、シリコンウェーハＷを搭載する所定広さの円形の凹部であるポケット部２４が設けられている。また、ポケット部２４の外周部には、シリコンウェーハＷの裏面から外方拡散されるドーパントを反応室２の下側空間に排出する多数の貫通孔２０ａが形成されている。この下側空間への排出力を高めるため、反応室２の下側空間は上側空間よりも負圧化されている。また、サセプタ２０の外周には、反応ガスをシリコンウェーハＷと接触する直前に加熱する環状のプリヒートリング５１が配置されている。プリヒートリング５１は炭化珪素を塗布した黒鉛材料からなり、透光性を有した上側ドーム３および下側ドーム４を通して、各ハロゲンランプ６から照射された光により加熱される。プリヒートリング５１の内周面とサセプタ２０の外周面との間には、一般的に３ｍｍ程度の隙間ａが形成されている。これは、プリヒートリング５１がドーム取付体５に固定された状態で、サセプタ２０が周方向に回転しながらエピタキシャル成長する際、両部材が接触すると発塵し、ウェーハ表面の品質に重大な欠陥が発生するためである。   A disc-shaped susceptor 20 on which a silicon wafer W is mounted is provided in the reaction chamber 2. On the surface side of the susceptor 20, a pocket portion 24 that is a circular recess having a predetermined width on which the silicon wafer W is mounted is provided. In addition, a large number of through holes 20 a are formed in the outer peripheral portion of the pocket portion 24 to discharge the dopant diffused outward from the back surface of the silicon wafer W to the lower space of the reaction chamber 2. In order to increase the discharge power to the lower space, the lower space of the reaction chamber 2 is made negative pressure than the upper space. An annular preheat ring 51 that heats the reaction gas immediately before coming into contact with the silicon wafer W is disposed on the outer periphery of the susceptor 20. The preheat ring 51 is made of a graphite material coated with silicon carbide, and is heated by light emitted from each halogen lamp 6 through the upper dome 3 and the lower dome 4 having translucency. A gap a of about 3 mm is generally formed between the inner peripheral surface of the preheat ring 51 and the outer peripheral surface of the susceptor 20. This is because when the preheat ring 51 is fixed to the dome mounting body 5 and the susceptor 20 is epitaxially grown while rotating in the circumferential direction, dust is generated when the two members come into contact with each other, resulting in a serious defect in the quality of the wafer surface. It is to do.

サセプタ２０は、その一部がサセプタ２０の裏面に当接するサセプタ支持部材１８により支持されている。サセプタ支持部材１８は、中心部の支持材１８ｄと、１２０°間隔を有して放射状に形成された３本の支持材１８ａとを有している。サセプタ支持部材１８の下部には、図示しない回転モータの出力軸に固定された軸部７が連結され、これにより、サセプタ２０はサセプタ支持部材１８とともに回転自在に設けられている。   A portion of the susceptor 20 is supported by a susceptor support member 18 that abuts against the back surface of the susceptor 20. The susceptor support member 18 includes a support member 18d at the center and three support members 18a formed radially at intervals of 120 °. A shaft portion 7 fixed to an output shaft of a rotary motor (not shown) is connected to the lower portion of the susceptor support member 18, whereby the susceptor 20 is rotatably provided with the susceptor support member 18.

上記エピタキシャル成長装置５０によるエピタキシャル膜を成膜する方法にあっては、まず、反応室２内のサセプタ２０の表面にシリコンウェーハＷを搭載する。次いで、軸部７を回転させ、サセプタ支持部材１８に支持されたサセプタ２０を回転させる。これにより、サセプタ２０に搭載されたシリコンウェーハＷも回転する。そして、ガス供給口１２からＳｉＨＣｌ３などのＳｉソースを水素ガスで希釈し、それにドーパントを微量混合してなる反応ガスが反応室２内に供給される。供給された反応ガスは、シリコンウェーハＷと反応しながら、ガス排出口１３より排出される。また、反応室２は、上方および下方に設けられたハロゲンランプ６により熱せられる。これにより、エピタキシャル成長装置５０は、反応室２内において、シリコンウェーハＷの表面にエピタキシャル膜を成膜することができる。 In the method of forming an epitaxial film by the epitaxial growth apparatus 50, first, a silicon wafer W is mounted on the surface of the susceptor 20 in the reaction chamber 2. Next, the shaft portion 7 is rotated, and the susceptor 20 supported by the susceptor support member 18 is rotated. Thereby, the silicon wafer W mounted on the susceptor 20 also rotates. Then, a Si source such as SiHCl 3 is diluted with hydrogen gas from the gas supply port 12, and a reaction gas obtained by mixing a trace amount of dopant is supplied into the reaction chamber 2. The supplied reaction gas is discharged from the gas discharge port 13 while reacting with the silicon wafer W. The reaction chamber 2 is heated by halogen lamps 6 provided above and below. Thereby, the epitaxial growth apparatus 50 can form an epitaxial film on the surface of the silicon wafer W in the reaction chamber 2.

エピタキシャル成長中、ハロゲンランプ６を用いての高温加熱により、シリコンウェーハＷの裏面からドーパントが外方拡散される。しかしながら、拡散されたドーパントはサセプタ２０の各貫通孔を通過して反応室２の下側空間に排出される。これにより、ウェーハ裏面から拡散されたドーパントによるオートドープの抑制を図ることができる。
特開２００３−１９７５３２号公報 During epitaxial growth, the dopant is diffused outward from the back surface of the silicon wafer W by high-temperature heating using the halogen lamp 6. However, the diffused dopant passes through each through hole of the susceptor 20 and is discharged into the lower space of the reaction chamber 2. Thereby, suppression of the auto dope by the dopant diffused from the wafer back surface can be achieved.
JP 2003-197532 A

しかしながら、従来のエピタキシャル成長装置５０では、プリヒートリング５１の内周面とサセプタ２０の外周面との間に、３ｍｍ程度の隙間ａが存在していた。そのため、反応室２の上側空間に供給された反応ガスが、この隙間ａを通して反応室２の下側空間に漏れ出ていた。その結果、シリコンウェーハＷの表面に対するシリコンのエピタキシャル成長速度が低下することになった。しかも、サセプタ２０を中間とした反応室２の上側空間と下側空間との圧力差が小さくなり、ウェーハ裏面から外方拡散されるドーパントを、サセプタ２０の各貫通孔２０ａを通して反応室２の下側空間に排出するというオートドープの抑制効果が半減していた。
また、この隙間ａから反応ガスの一部が、シリコンウェーハＷと接する前に前記下側空間に漏れ出ていたので、反応ガスの使用量（損失量）が増大し、下側ドーム４の内面にシリコンが堆積してこれが曇り、下側のハロゲンランプ６の熱効率を低下させていた。 However, in the conventional epitaxial growth apparatus 50, a gap a of about 3 mm exists between the inner peripheral surface of the preheat ring 51 and the outer peripheral surface of the susceptor 20. For this reason, the reaction gas supplied to the upper space of the reaction chamber 2 leaked into the lower space of the reaction chamber 2 through the gap a. As a result, the epitaxial growth rate of silicon on the surface of the silicon wafer W is reduced. In addition, the pressure difference between the upper space and the lower space of the reaction chamber 2 with the susceptor 20 in the middle is reduced, so that the dopant diffused outward from the back surface of the wafer passes through the through-holes 20a of the susceptor 20 and flows under the reaction chamber 2. The auto dope suppression effect of discharging into the side space was halved.
Further, since a part of the reaction gas leaked from the gap a into the lower space before coming into contact with the silicon wafer W, the use amount (loss amount) of the reaction gas increased, and the inner surface of the lower dome 4 was increased. As a result, silicon was deposited and became cloudy, and the thermal efficiency of the lower halogen lamp 6 was lowered.

この発明は、半導体ウェーハの表面へのエピタキシャル成長速度を高めることができ、またプリヒートリングとサセプタとの隙間からのガス漏れに起因したオートドープの抑制効果の低下を防止することができ、これによりエピタキシャル膜の比抵抗の均一性を高めることができ、しかも反応ガスの使用量を低減させることができるとともに、下側ドームの曇りも低減可能なエピタキシャル成長装置を提供することを目的としている。   The present invention can increase the epitaxial growth rate on the surface of the semiconductor wafer, and can prevent the reduction of the auto-doping suppression effect due to gas leakage from the gap between the preheat ring and the susceptor. An object of the present invention is to provide an epitaxial growth apparatus that can improve the uniformity of the specific resistance of the film, reduce the amount of reaction gas used, and reduce the fogging of the lower dome.

請求項１に記載の発明は、反応室に収納され、半導体ウェーハが載置されるポケット部を有し、該ポケット部にこのポケット部の表面と裏面とを貫通する貫通孔が形成された円形のサセプタと、該サセプタの外周に所定幅の隙間を介して設けられ、前記反応室に供給された反応ガスを、前記半導体ウェーハと接触する直前に予熱する環状のプリヒートリングとを備えたエピタキシャル成長装置において、前記サセプタおよびまたはプリヒートリングに、前記サセプタとプリヒートリングとの隙間を被う環状のカバー部を設けたエピタキシャル成長装置である。   The invention according to claim 1 is a circular shape that has a pocket portion that is housed in a reaction chamber and on which a semiconductor wafer is placed, and that has a through hole penetrating the front and back surfaces of the pocket portion. And an annular preheating ring that is provided on the outer periphery of the susceptor via a gap of a predetermined width and preheats the reaction gas supplied to the reaction chamber immediately before contacting the semiconductor wafer. In the epitaxial growth apparatus, an annular cover portion is provided on the susceptor and / or preheat ring so as to cover a gap between the susceptor and the preheat ring.

請求項１に記載の発明によれば、反応室に流入した反応ガスは、半導体ウェーハと接触する直前にプリヒートリングにより予熱される。これにより、半導体ウェーハとの反応が促進される。
このとき、プリヒートリングとサセプタとの間には、所定幅の隙間が存在する。そのため、この隙間から反応ガスの一部が反応室の下側空間に漏れ出ようとする。しかしながら、サセプタおよびまたはプリヒートリングに設けられたカバー部により、その隙間が被われるため、このガス漏れが抑制される。その結果、半導体ウェーハの表面へのエピタキシャル成長速度が高まり、プリヒートリングとサセプタとの隙間からのガス漏れに起因したオートドープの抑制効果の低下を防止することができる。これにより、エピタキシャル膜の比抵抗の均一性を高めることができ、しかも反応ガスの使用量を低減させることができるとともに、下側ドームの曇りも低減可能になる。 According to the first aspect of the present invention, the reaction gas that has flowed into the reaction chamber is preheated by preheating immediately before coming into contact with the semiconductor wafer. Thereby, reaction with a semiconductor wafer is accelerated | stimulated.
At this time, a gap of a predetermined width exists between the preheat ring and the susceptor. Therefore, a part of the reaction gas tends to leak into the lower space of the reaction chamber from this gap. However, since the gap is covered by the cover provided on the susceptor and / or the preheat ring, this gas leakage is suppressed. As a result, the epitaxial growth rate on the surface of the semiconductor wafer is increased, and the reduction in auto dope suppression effect due to gas leakage from the gap between the preheat ring and the susceptor can be prevented. As a result, the uniformity of the resistivity of the epitaxial film can be increased, the amount of reaction gas used can be reduced, and the fogging of the lower dome can be reduced.

半導体ウェーハとしては、シリコンウェーハ、ゲルマニウムウェーハまたはＳｉＣウェーハなどを採用することができる。
半導体ウェーハを搭載するサセプタの素材は限定されない。例えば、炭素基材の表面にＳｉＣ被膜をコーティングしたものを使用する。サセプタの形状は円板状である。
サセプタは、半導体ウェーハを収納するポケットが形成されたものである。ポケット部に形成される貫通孔の大きさ、形状およびポケット部内での形成範囲は限定されない。例えば、ポケット部の外周部だけに貫通孔を形成してもよい。
プリヒートリングの素材は、例えば炭化珪素を塗布した黒鉛材料、石英などを採用することができる。カバー部の素材は、例えばサセプタと同じ素材でもよい。その他、炭化珪素などでもよい。カバー部とプリヒートリングとは、一体形成してもよいし、別体で形成してもよい。カバー部は、例えば環状の平板でもよいし、環状のブロックでもよい。 As the semiconductor wafer, a silicon wafer, a germanium wafer, a SiC wafer, or the like can be employed.
The material of the susceptor on which the semiconductor wafer is mounted is not limited. For example, the surface of a carbon substrate coated with a SiC film is used. The susceptor has a disk shape.
The susceptor is formed with a pocket for storing a semiconductor wafer. The size and shape of the through hole formed in the pocket part and the formation range in the pocket part are not limited. For example, you may form a through-hole only in the outer peripheral part of a pocket part.
As the preheat ring material, for example, graphite material coated with silicon carbide, quartz, or the like can be used. The material of the cover part may be the same material as the susceptor, for example. In addition, silicon carbide or the like may be used. The cover part and the preheat ring may be formed integrally or separately. The cover part may be, for example, an annular flat plate or an annular block.

カバー部は、サセプタに設けてもよいし、プリヒートリングに設けてもよい。また、サセプタとプリヒートリングとの両方に設け、互いをオーバーラップさせてもよい。
また、カバー部は、プリヒートリングとサセプタとの隙間を上方から被ってもよいし、下方から被ってもよい。さらに、カバー部をサセプタの外周面およびプリヒートリングの内周面の何れか一方の厚さ方向の中間部に形成し、このカバー部が挿入される環状の挿入溝をサセプタの外周面およびプリヒートリングの内周面のうち、残った方の厚さ方向の中間部に形成してもよい。 The cover part may be provided on the susceptor or on the preheat ring. Further, both the susceptor and the preheat ring may be provided so as to overlap each other.
Further, the cover portion may cover the gap between the preheat ring and the susceptor from above or from below. Further, the cover portion is formed in the intermediate portion in the thickness direction of one of the outer peripheral surface of the susceptor and the inner peripheral surface of the preheat ring, and an annular insertion groove into which the cover portion is inserted is formed in the outer peripheral surface of the susceptor and the preheat ring. You may form in the intermediate part of the thickness direction of the remaining one among the inner peripheral surfaces.

請求項１に記載のエピタキシャル成長装置によれば、プリヒートリングとサセプタとの隙間をカバー部により被うように構成したので、この隙間からのガス漏れが防止される。その結果、半導体ウェーハの表面へのエピタキシャル成長速度が高まり、このガス漏れによるオートドープの抑制効果の低下を防ぐことができる。これにより、エピタキシャル膜の比抵抗の均一性を高めることができ、しかも反応ガスの使用量を低減させることができるとともに、下側ドームの曇りも低減可能になる。   According to the epitaxial growth apparatus of the first aspect, since the gap between the preheat ring and the susceptor is covered by the cover portion, gas leakage from the gap is prevented. As a result, the epitaxial growth rate on the surface of the semiconductor wafer is increased, and it is possible to prevent a decrease in the effect of suppressing autodoping due to this gas leakage. As a result, the uniformity of the resistivity of the epitaxial film can be increased, the amount of reaction gas used can be reduced, and the fogging of the lower dome can be reduced.

以下、この発明の実施例１に係るエピタキシャル成長装置を説明する。   Hereinafter, an epitaxial growth apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described.

図１において、１０はこの発明の実施例１に係るエピタキシャル成長装置で、このエピタキシャル成長装置１０は、凹面を有する円形の上側ドーム３と同じく円形の下側ドーム４とを有している。上側ドーム３および下側ドーム４は、石英などの透明な素材で形成されている。そして、上側ドーム３と下側ドーム４とを上下に対向して配設し、これらの外周端は円環状を有するドーム取付体５の内周側の上下端部にそれぞれ固定されている。これにより、密閉された平面視して略円形の反応室２が形成されている。   In FIG. 1, reference numeral 10 denotes an epitaxial growth apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and this epitaxial growth apparatus 10 has a circular upper dome 3 having a concave surface and a circular lower dome 4 as well. The upper dome 3 and the lower dome 4 are made of a transparent material such as quartz. Then, the upper dome 3 and the lower dome 4 are disposed so as to face each other vertically, and the outer peripheral ends thereof are respectively fixed to the upper and lower ends of the inner peripheral side of the dome mounting body 5 having an annular shape. Thus, a substantially circular reaction chamber 2 is formed in a sealed plan view.

反応室２の上方および下方には、反応室２内を加熱するハロゲンランプ６が円周方向に略均等間隔で離間して複数個ずつ設けられている。ドーム取付体５の所定位置には、反応室２にガスを、シリコンウェーハＷの表面と平行（水平）に流入させるガス供給口１２が設けられている。また、ドーム取付体５の対向位置（ガス供給口と１８０°離間した位置）には、反応室２内のガスを外部へ排出するガス排出口１３が設けられている。ガス供給口１２およびガス排出口１３は、上下に離間して２つずつ設けられている。これは、シリコンウェーハＷの表面側およびサセプタ裏面側にガス流れを形成するためである。シリコンウェーハＷは、直径３００ｍｍ、厚さ７８０μｍ、表面の面方位（１００）、比抵抗１５ｍΩｃｍのＰ型の片面鏡面シリコン単結晶ウェーハである。シリコンウェーハＷの裏面には、シリコン酸化膜が形成されておらず、ウェーハ表裏面が単結晶のシリコン面となっている。   Above and below the reaction chamber 2, a plurality of halogen lamps 6 for heating the inside of the reaction chamber 2 are provided spaced apart at substantially equal intervals in the circumferential direction. A gas supply port 12 through which gas flows into the reaction chamber 2 in parallel (horizontally) with the surface of the silicon wafer W is provided at a predetermined position of the dome mounting body 5. Further, a gas discharge port 13 for discharging the gas in the reaction chamber 2 to the outside is provided at a position facing the dome mounting body 5 (a position separated from the gas supply port by 180 °). Two gas supply ports 12 and two gas discharge ports 13 are provided apart from each other in the vertical direction. This is because a gas flow is formed on the front surface side of the silicon wafer W and the back surface side of the susceptor. The silicon wafer W is a P-type single-sided mirror silicon single crystal wafer having a diameter of 300 mm, a thickness of 780 μm, a surface orientation (100), and a specific resistance of 15 mΩcm. A silicon oxide film is not formed on the back surface of the silicon wafer W, and the front and back surfaces of the wafer are single crystal silicon surfaces.

反応室２の高さ方向の中間部には、シリコンウェーハＷを搭載する円形のサセプタ２０が設けられている。反応室２は、サセプタ２０を仕切りとして、上側空間と下側空間とに区画されている。サセプタ２０は、反応室２内の高温に耐え得るように炭素基材の表面にＳｉＣ被膜をコーティングしたものが採用されている。これにより、炭素部材からなるサセプタ母材からの炭素汚染など、使用するサセプタ母材に起因した汚染を防ぐことができる。サセプタ２０は所定厚さの円板状である。   A circular susceptor 20 on which a silicon wafer W is mounted is provided at an intermediate portion in the height direction of the reaction chamber 2. The reaction chamber 2 is divided into an upper space and a lower space with the susceptor 20 as a partition. As the susceptor 20, a carbon substrate whose surface is coated with a SiC film so as to withstand the high temperature in the reaction chamber 2 is employed. Thereby, the contamination resulting from the susceptor base material to be used, such as carbon contamination from the susceptor base material made of the carbon member, can be prevented. The susceptor 20 has a disk shape with a predetermined thickness.

また、図３に示すようにサセプタ２０の表面側には、シリコンウェーハＷを搭載する所定広さの円形の凹部であるポケット部２４が設けられている。すなわち、サセプタ２０の半径は搭載するシリコンウェーハＷのそれより大きい。ポケット部２４の深さは、５００μｍである。シリコンウェーハＷの厚さが７８０μｍであるので、シリコンウェーハＷの表面側が、厚さ２８０μｍだけポケット部２４から突出する。サセプタ２０のポケット部２４の外周部全域には、表裏面を貫通して多数の貫通孔２０ａが一定ピッチで形成されている。各貫通孔２０ａの直径は１ｍｍである。これらの貫通孔２０ａを通して、シリコンウェーハＷの裏面から外方拡散されるドーパントが反応室２の下側空間に排出される。反応室２の下側空間への反応ガスの排出力を高めるため、反応室２の下側空間は上側空間よりも１００Ｐａだけ負圧化されている。   As shown in FIG. 3, a pocket portion 24 that is a circular recess having a predetermined width on which the silicon wafer W is mounted is provided on the surface side of the susceptor 20. That is, the radius of the susceptor 20 is larger than that of the silicon wafer W to be mounted. The depth of the pocket part 24 is 500 μm. Since the thickness of the silicon wafer W is 780 μm, the surface side of the silicon wafer W protrudes from the pocket portion 24 by a thickness of 280 μm. A large number of through holes 20a are formed at a constant pitch through the front and back surfaces throughout the outer peripheral portion of the pocket portion 24 of the susceptor 20. Each through hole 20a has a diameter of 1 mm. Through these through holes 20 a, the dopant diffused outward from the back surface of the silicon wafer W is discharged into the lower space of the reaction chamber 2. In order to increase the discharge power of the reaction gas to the lower space of the reaction chamber 2, the lower space of the reaction chamber 2 is set to a negative pressure of 100 Pa than the upper space.

サセプタ２０の外周には、反応ガスをシリコンウェーハＷと接触する直前に加熱する環状のプリヒートリング６０が設けられている。プリヒートリング６０は炭化珪素を塗布した黒鉛材料からなり、透光性を有した上側ドーム３および下側ドーム４を通して、各ハロゲンランプ６から照射された光により加熱される。プリヒートリング６０の内周面とサセプタ２０の外周面との間には、全周にわたって３ｍｍ程度の隙間ａが形成されている。この隙間ａは、プリヒートリング６０の内周部の上端部に、プリヒートリング６０と同じ素材で一体形成された環状のカバー部６１により、上方から被われている。カバー部６１の厚さは２０００μｍである。プリヒートリング６０の内周面からのカバー部６１の突出長さ（カバー部６１の端部におけるカバー部６１の半径方向の長さ）は３０ｍｍである。カバー部６１の上面の高さと、サセプタ２０に載置されたシリコンウェーハＷの表面との高さの差ｈは２０００μｍである。   On the outer periphery of the susceptor 20, an annular preheating ring 60 that heats the reaction gas immediately before coming into contact with the silicon wafer W is provided. The preheat ring 60 is made of a graphite material coated with silicon carbide, and is heated by light irradiated from each halogen lamp 6 through the upper dome 3 and the lower dome 4 having translucency. Between the inner peripheral surface of the preheat ring 60 and the outer peripheral surface of the susceptor 20, a gap a of about 3 mm is formed over the entire periphery. The gap a is covered from above by an annular cover portion 61 integrally formed of the same material as the preheat ring 60 at the upper end portion of the inner peripheral portion of the preheat ring 60. The cover 61 has a thickness of 2000 μm. The protruding length of the cover portion 61 from the inner peripheral surface of the preheat ring 60 (the length in the radial direction of the cover portion 61 at the end portion of the cover portion 61) is 30 mm. The height difference h between the height of the upper surface of the cover 61 and the surface of the silicon wafer W placed on the susceptor 20 is 2000 μm.

図１に示すように、サセプタ２０は、その一部が裏面に当接するサセプタ支持部材１８により支持されている。サセプタ支持部材１８は石英製で、中心部の支持材１８ｄと、１２０°間隔を有して放射状に形成された３本の支持材１８ａとを有している。サセプタ支持部材１８の下部には、図示しない回転モータの出力軸に固定された軸部７が連結され、これにより、サセプタ２０はサセプタ支持部材１８とともに回転自在に設けられている。
サセプタ２０には、エピタキシャル膜の成膜後、シリコンウェーハＷを下方から支持するリフトピン９が３本設けられている。各リフトピン９は、サセプタ２０およびサセプタ支持部材１８に貫通した孔に挿通されて保持されている。なお、リフトピン９は、ベルヌイチャック方式等によるシリコンウェーハ搬送を行うエピタキシャル成長装置には不要である。 As shown in FIG. 1, the susceptor 20 is supported by a susceptor support member 18 that partially contacts the back surface. The susceptor support member 18 is made of quartz, and has a support member 18d at the center and three support members 18a formed radially at intervals of 120 °. A shaft portion 7 fixed to an output shaft of a rotary motor (not shown) is connected to the lower portion of the susceptor support member 18, whereby the susceptor 20 is rotatably provided with the susceptor support member 18.
The susceptor 20 is provided with three lift pins 9 that support the silicon wafer W from below after the formation of the epitaxial film. Each lift pin 9 is inserted into and held by a hole penetrating the susceptor 20 and the susceptor support member 18. The lift pins 9 are not necessary for an epitaxial growth apparatus that carries a silicon wafer by the Bernoulli chuck method or the like.

そして、上記軸部７の外周には、リフトアーム支持材２５が軸部７と一体に配設される。このリフトアーム支持材２５には、各リフトピン９を持ち上げる３本のリフトアーム１１が各リフトピン９にそれぞれ対応して配設されている。このリフトアーム１１、リフトアーム支持材２５およびリフトピン９の構造、機能は従来のエピタキシャル成長装置のそれと同じである。   A lift arm support member 25 is disposed integrally with the shaft portion 7 on the outer periphery of the shaft portion 7. In the lift arm support member 25, three lift arms 11 for lifting the lift pins 9 are arranged corresponding to the lift pins 9, respectively. The structures and functions of the lift arm 11, the lift arm support member 25, and the lift pins 9 are the same as those of the conventional epitaxial growth apparatus.

これにより、シリコンウェーハＷは、反応室２内でサセプタ２０に搭載され、その後、回転しながら反応ガスと反応して、その表面に所定厚さのエピタキシャル膜が成膜される。成膜後は、サセプタ支持部材１８を下降してサセプタ２０を下げ、サセプタ２０の孔に挿入保持された各リフトピン９上にシリコンウェーハＷを保持する。これにより、サセプタ２０のポケット部２４からシリコンウェーハＷが持ち上げられ、図示しない移載機構によりシリコンウェーハＷが反応室２から搬出される。   Thereby, the silicon wafer W is mounted on the susceptor 20 in the reaction chamber 2, and then reacts with the reaction gas while rotating, so that an epitaxial film having a predetermined thickness is formed on the surface thereof. After film formation, the susceptor support member 18 is lowered to lower the susceptor 20, and the silicon wafer W is held on each lift pin 9 inserted and held in the hole of the susceptor 20. Thereby, the silicon wafer W is lifted from the pocket portion 24 of the susceptor 20, and the silicon wafer W is unloaded from the reaction chamber 2 by a transfer mechanism (not shown).

次に、実施例１のエピタキシャル成長装置１０により、シリコンウェーハＷの表面にエピタキシャル膜を成膜する方法について説明する。
まず、シリコンウェーハＷを準備する。次いで、このシリコンウェーハＷを、その研磨面を上方にして反応室２内のサセプタ２０のポケット部２４に載置する。この後、反応室２を密閉する。そして、サセプタ支持部材１８の軸部７を所定速度で回転させ、サセプタ２０に搭載されたシリコンウェーハＷを回転させる。 Next, a method for forming an epitaxial film on the surface of the silicon wafer W by the epitaxial growth apparatus 10 of Example 1 will be described.
First, a silicon wafer W is prepared. Next, the silicon wafer W is placed in the pocket portion 24 of the susceptor 20 in the reaction chamber 2 with its polishing surface facing upward. Thereafter, the reaction chamber 2 is sealed. Then, the shaft portion 7 of the susceptor support member 18 is rotated at a predetermined speed, and the silicon wafer W mounted on the susceptor 20 is rotated.

次いで、反応室２内にシリコンウェーハＷの表面と平行に水素ガスを供給し、ハロゲンランプ６により所定温度に加熱する。これにより、シリコンウェーハＷに対して１１５０℃、２０秒間の水素ベークを行う。その後、シリコンソースガスであるＳｉＨＣｌ３およびボロンドーパントガスであるＢ２Ｈ６が水素ガスにより希釈された混合ガスを、上下側の各ガス供給口１２から反応室２の上側空間と下側空間とにそれぞれ供給する。このときの混合ガスの流量は、３Ｌ／ｍｉｎ〜１００Ｌ／ｍｉｎである。同時に、反応室２内で反応などに使用された混合ガスをガス排出口１３から排出する。このとき、反応室２の下側空間の内圧は１０９．９ＫＰａ、上側空間の内圧は１０１．０ＫＰａである。よって、反応室２の下側空間は上側空間よりも約１００Ｐａだけ負圧となっている。 Next, hydrogen gas is supplied into the reaction chamber 2 in parallel with the surface of the silicon wafer W, and heated to a predetermined temperature by the halogen lamp 6. Thereby, hydrogen baking is performed on the silicon wafer W at 1150 ° C. for 20 seconds. Thereafter, a mixed gas obtained by diluting SiHCl 3 as a silicon source gas and B 2 H 6 as a boron dopant gas with hydrogen gas is supplied from the upper and lower gas supply ports 12 to the upper space and the lower space of the reaction chamber 2. To supply each. The flow rate of the mixed gas at this time is 3 L / min to 100 L / min. At the same time, the mixed gas used for the reaction in the reaction chamber 2 is discharged from the gas discharge port 13. At this time, the internal pressure in the lower space of the reaction chamber 2 is 109.9 KPa, and the internal pressure in the upper space is 101.0 KPa. Therefore, the lower space of the reaction chamber 2 has a negative pressure of about 100 Pa than the upper space.

そして、反応室２の上方および下方のハロゲンランプ６から放射された光（熱線）を、反応室２内で輻射させ、反応室２内の温度を１０７０℃に保持する。このとき、シリコンウェーハＷを保持するサセプタ２０は、下方のハロゲンランプ６により、サセプタ支持部材１８を介して均一にその輻射熱を受ける。これにより、厚さ約６μｍ、比抵抗１０ΩｃｍのＰ型のエピタキシャル膜が、均一にシリコンウェーハＷの表面に成長させられる。   Then, light (heat rays) emitted from the halogen lamps 6 above and below the reaction chamber 2 is radiated in the reaction chamber 2, and the temperature in the reaction chamber 2 is maintained at 1070 ° C. At this time, the susceptor 20 holding the silicon wafer W is uniformly radiated by the lower halogen lamp 6 via the susceptor support member 18. As a result, a P-type epitaxial film having a thickness of about 6 μm and a specific resistance of 10 Ωcm is uniformly grown on the surface of the silicon wafer W.

このように、反応室２に流入した反応ガスは、シリコンウェーハＷと接触する直前にプリヒートリング６０により予熱される。これにより、シリコンウェーハＷとの反応が促進される。
このとき、プリヒートリング６０とサセプタ２０との間には、所定幅の隙間ａが存在する。反応ガスの一部は、この隙間ａから反応室２の下側空間に漏れ出ようとする。しかしながら、プリヒートリング６０に設けられたカバー部６１により、その隙間ａが上方から被われ、このガス漏れが抑えられる。その結果、シリコンウェーハＷの表面へのシリコンのエピタキシャル成長速度が高まり、この隙間ａからのガス漏れに起因したオートドープの抑制効果の低下を防ぐことができる。これにより、得られたエピタキシャルウェーハの表面に成膜されたエピタキシャル膜の比抵抗の均一性を高めることができる。しかも、反応ガスの使用量を低減させることができるとともに、下側ドーム４の曇りも低減可能になる。 Thus, the reaction gas flowing into the reaction chamber 2 is preheated by the preheating ring 60 immediately before coming into contact with the silicon wafer W. Thereby, the reaction with the silicon wafer W is promoted.
At this time, a gap a having a predetermined width exists between the preheat ring 60 and the susceptor 20. A part of the reaction gas tends to leak into the lower space of the reaction chamber 2 from the gap a. However, the cover portion 61 provided on the preheat ring 60 covers the gap a from above, and this gas leakage is suppressed. As a result, the rate of epitaxial growth of silicon on the surface of the silicon wafer W is increased, and a reduction in autodope suppression effect due to gas leakage from the gap a can be prevented. Thereby, the uniformity of the specific resistance of the epitaxial film formed on the surface of the obtained epitaxial wafer can be improved. In addition, the amount of reaction gas used can be reduced, and fogging of the lower dome 4 can be reduced.

次に、図４を参照して、この発明の実施例２に係るエピタキシャル成長装置を説明する。
図４に示す実施例２のエピタキシャル成長装置１０Ａは、プリヒートリング６０Ａに一体的に形成されたカバー部６１Ａを、その上面の高さが、サセプタ２０に載置されたシリコンウェーハＷの表面の高さと略同じになるようにした点を特徴としている。
ここでいうカバー部６１Ａの上面の高さとシリコンウェーハＷの表面の高さとが略同じとは、両面の高さの差が１００μｍ程度であることを意味する。これを実現するため、サセプタ２０のポケット部２４の深さを３００μｍとしている。すなわち、ポケット部２４の深さ（３００μｍ）とカバー部６１Ａの厚さ（１０００μｍ）さらにはサセプタ２０自身のセッティング位置を６００μｍ〜７００μｍ下げることで、シリコンウェーハＷの厚さと、ポケット部２４の底面からカバー部６１Ａの上面までの高さとが略同じになる。また、カバー部６１Ａのプリヒートリング６０の内周面からの突出長さを、サセプタ２０のうち、ポケット部２４より外周部分の全域を被う長さとしている。 Next, an epitaxial growth apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG.
In the epitaxial growth apparatus 10A of the second embodiment shown in FIG. 4, the cover 61A formed integrally with the preheat ring 60A has an upper surface whose height is equal to the height of the surface of the silicon wafer W placed on the susceptor 20. The feature is that they are almost the same.
Here, the height of the upper surface of the cover portion 61A and the height of the surface of the silicon wafer W are substantially the same, which means that the difference in height between both surfaces is about 100 μm. In order to realize this, the depth of the pocket portion 24 of the susceptor 20 is set to 300 μm. That is, the depth of the pocket portion 24 (300 μm), the thickness of the cover portion 61A (1000 μm), and the setting position of the susceptor 20 itself are lowered by 600 μm to 700 μm, thereby reducing the thickness of the silicon wafer W and the bottom surface of the pocket portion 24. The height to the upper surface of the cover portion 61A is substantially the same. Further, the protruding length of the cover portion 61 </ b> A from the inner peripheral surface of the preheat ring 60 is a length that covers the entire outer peripheral portion of the susceptor 20 from the pocket portion 24.

このように、カバー部６１Ａの上面の高さと、サセプタ２０に載置されたシリコンウェーハＷの表面の高さとを略揃えたので、ウェーハの表面と平行に供給される反応ガスは、気流が乱れることなくシリコンウェーハＷの表面と接することができる。
また、カバー部６１Ａのプリヒートリング６０の内周面からの突出長さを、サセプタ２０のうち、ポケット部２４より外周部分の全域を被う長さとしたので、カバー部６１Ａの内周部とシリコンウェーハＷの外周部との隙間が小さくなり、前記気流の乱れをさらに低減させることができる。
その他の構成、作用および効果は、実施例１から推測可能な範囲であるので説明を省略する。 As described above, since the height of the upper surface of the cover 61A and the height of the surface of the silicon wafer W placed on the susceptor 20 are substantially aligned, the air flow of the reaction gas supplied in parallel with the surface of the wafer is disturbed. Without contact with the surface of the silicon wafer W.
Further, since the protruding length of the cover portion 61A from the inner peripheral surface of the preheat ring 60 is the length covering the entire outer peripheral portion of the susceptor 20 from the pocket portion 24, the inner peripheral portion of the cover portion 61A and silicon A gap with the outer peripheral portion of the wafer W is reduced, and the turbulence of the airflow can be further reduced.
Other configurations, operations, and effects are within a range that can be estimated from the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

次に、エピタキシャル成長装置１０により成膜されたエピタキシャル膜のウェーハ面内における抵抗率と、シリコンのエピタキシャル成長速度とにつき、実際に実験を行った結果を報告する。
試験例１のウェーハは、実施例１のエピタキシャル成長装置１０を使用し、サセプタ２０とプリヒートリング６１との隙間ａをカバー部６１により被い、実施例１のエピタキシャル成長条件で、エピタキシャル膜を成膜したエピタキシャルウェーハである。
試験例２のウェーハは、実施例２のエピタキシャル成長装置１０Ａを使用し、サセプタ２０とプリヒートリング６１Ａとの隙間ａをカバー部６１Ａにより上方から被い、実施例１のエピタキシャル成長条件で、エピタキシャル膜を成膜したエピタキシャルウェーハである。
また、比較例のウェーハは、プリヒートリングにカバー部が存在しない従来のエピタキシャル成長装置を使用し、実施例１のエピタキシャル成長条件で、エピタキシャル膜を成膜したエピタキシャルウェーハである。各エピタキシャル膜の抵抗率は、Surface Charge Profiler（QC solutions製）により測定した。 Next, the results of actual experiments on the resistivity in the wafer surface of the epitaxial film formed by the epitaxial growth apparatus 10 and the epitaxial growth rate of silicon will be reported.
For the wafer of Test Example 1, the epitaxial growth apparatus 10 of Example 1 was used, the gap a between the susceptor 20 and the preheat ring 61 was covered by the cover 61, and an epitaxial film was formed under the epitaxial growth conditions of Example 1. It is an epitaxial wafer.
The wafer of Test Example 2 uses the epitaxial growth apparatus 10A of Example 2, covers the gap a between the susceptor 20 and the preheat ring 61A from above by the cover part 61A, and forms an epitaxial film under the epitaxial growth conditions of Example 1. A filmed epitaxial wafer.
Moreover, the wafer of the comparative example is an epitaxial wafer in which an epitaxial film is formed under the epitaxial growth conditions of Example 1 using a conventional epitaxial growth apparatus in which a cover portion does not exist in the preheat ring. The resistivity of each epitaxial film was measured by Surface Charge Profiler (manufactured by QC solutions).

図５から明らかなように、比較例のエピタキシャルウェーハに比べて、試験例１，２のエピタキシャルウェーハは、ウェーハの外周部におけるエピタキシャル膜の抵抗率の低下がそれぞれ著しく小さかった。また、エピタキシャル成長速度についても、比較例のエピタキシャルウェーハに比べて、試験例１，２のエピタキシャルウェーハはその成長速度がそれぞれ高かった（図６）。   As can be seen from FIG. 5, the epitaxial wafers of Test Examples 1 and 2 showed significantly smaller decreases in the resistivity of the epitaxial film at the outer periphery of the wafer than the epitaxial wafer of the comparative example. In addition, the epitaxial growth rates of the epitaxial wafers of Test Examples 1 and 2 were higher than those of the comparative example (FIG. 6).

この発明の実施例１に係るエピタキシャル成長装置の反応室を示す概略の縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows the reaction chamber of the epitaxial growth apparatus concerning Example 1 of this invention. この発明の実施例１に係るエピタキシャル成長装置の反応室の平面図である。It is a top view of the reaction chamber of the epitaxial growth apparatus concerning Example 1 of this invention. この発明の実施例１に係るエピタキシャル成長装置のサセプタおよびプリヒートリングの周辺部分を示す拡大縦断面である。It is an enlarged vertical cross section which shows the peripheral part of the susceptor and preheating ring of the epitaxial growth apparatus which concerns on Example 1 of this invention. この発明の実施例２に係るエピタキシャル成長装置のサセプタおよびプリヒートリングの周辺部分を示す拡大縦断面である。It is an expanded longitudinal cross-section which shows the peripheral part of the susceptor and preheating ring of the epitaxial growth apparatus which concerns on Example 2 of this invention. この発明のエピタキシャル成長装置により得られたエピタキシャルウェーハと従来のエピタキシャルウェーハとにおけるエピタキシャル膜の抵抗率を示すグラフである。It is a graph which shows the resistivity of the epitaxial film in the epitaxial wafer obtained by the epitaxial growth apparatus of this invention, and the conventional epitaxial wafer. この発明のエピタキシャル成長装置により得られたエピタキシャルウェーハと従来のエピタキシャルウェーハとにおけるエピタキシャル成長速度を示すグラフである。It is a graph which shows the epitaxial growth rate in the epitaxial wafer obtained by the epitaxial growth apparatus of this invention, and the conventional epitaxial wafer. 従来手段に係るエピタキシャル成長装置の反応室を示す概略の縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows the reaction chamber of the epitaxial growth apparatus which concerns on the conventional means. 従来手段に係るエピタキシャル成長装置のサセプタおよびプリヒートリングの周辺部を示す拡大縦断面である。It is an enlarged vertical cross section which shows the peripheral part of the susceptor and preheating ring of the epitaxial growth apparatus which concerns on the conventional means.

符号の説明Explanation of symbols

１０，１０Ａ エピタキシャル成長装置、
２ 反応室、
２０ サセプタ、
６０ プリヒートリング、
６１ カバー部、
Ｗ シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）、
ａ 隙間。 10, 10A epitaxial growth apparatus,
2 reaction chamber,
20 susceptors,
60 preheat ring,
61 Cover part,
W Silicon wafer (semiconductor wafer),
a Clearance.

Claims (1)

反応室に収納され、半導体ウェーハが載置されるポケット部を有し、該ポケット部にこのポケット部の表面と裏面とを貫通する貫通孔が形成された円形のサセプタと、
該サセプタの外周に所定幅の隙間を介して設けられ、前記反応室に供給された反応ガスを、前記半導体ウェーハと接触する直前に予熱する環状のプリヒートリングとを備えたエピタキシャル成長装置において、
前記サセプタおよびまたはプリヒートリングに、前記サセプタとプリヒートリングとの隙間を被う環状のカバー部を設けたエピタキシャル成長装置。 A circular susceptor housed in a reaction chamber, having a pocket portion on which a semiconductor wafer is placed, and having a through-hole penetrating the front and back surfaces of the pocket portion;
In an epitaxial growth apparatus provided with an annular preheating ring that is provided on the outer periphery of the susceptor via a gap of a predetermined width and preheats the reaction gas supplied to the reaction chamber immediately before contacting the semiconductor wafer.
An epitaxial growth apparatus in which the susceptor and / or preheating ring is provided with an annular cover portion covering a gap between the susceptor and the preheating ring.
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