JP2007224375A - Vapor deposition apparatus - Google Patents

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Hironobu Hirata
博信 平田
Yoshikazu Moriyama
義和 森山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vapor deposition apparatus having a structure comprising such a support and a heat source as to keep temperature distribution within a substrate surface more uniform. <P>SOLUTION: In a vapor deposition apparatus for forming a film on a silicon wafer 101 in a chamber 120 to which a passage 122 for supplying a gas and a passage 124 for exhausting the gas are connected, this vapor deposition apparatus comprises: a holder 110 which has an annular salient 112 on a rear face and supports a silicon wafer 101; an outer heater 150 which is arranged on an outer side than a peripheral edge of the salient 112 so that the surface is located in the more holder 110 side than the top of the salient 112; and an inner heater 160 which is arranged more apart from the holder 110. Thus structured vapor deposition apparatus can improve a temperature distribution within a substrate surface. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、気相成長装置に係り、例えば、エピタキシャル成長装置におけるシリコンウェハ等の基板を支持する支持部材(支持台)と基板等を加熱するヒータの形状及び配置位置に関する。   The present invention relates to a vapor phase growth apparatus, for example, a shape and an arrangement position of a support member (support base) for supporting a substrate such as a silicon wafer in an epitaxial growth apparatus and a heater for heating the substrate.

超高速バイポーラ、超高速のCMOS等の半導体デバイスの製造において、不純物濃度や膜厚の制御された単結晶のエピタキシャル成長技術は、デバイスの性能を向上させる上で不可欠のものとなっている。
シリコンウェハ等の半導体基板に単結晶薄膜を気相成長させるエピタキシャル成長には、一般に常圧化学気相成長法が用いられており、場合によっては減圧化学気相成長(LP−CVD)法が用いられている。反応容器内にシリコンウェハ等の半導体基板を配置し、反応容器内を常圧(0.1MPa(760Torr))雰囲気或いは所定の真空度の真空雰囲気に保持した状態で前記半導体基板を加熱し回転させながらシリコン源とボロン化合物、ヒ素化合物、或いはリン化合物等のドーパントとを含む原料ガスを供給する。そして、加熱された半導体基板の表面で原料ガスの熱分解或いは水素還元反応を行なって、ボロン(B)、リン(P)、或いはヒ素(As)がドープされたシリコンエピタキシャル膜を成長させることにより製造する(例えば、特許文献1参照)。
In the manufacture of semiconductor devices such as ultrahigh-speed bipolar and ultrahigh-speed CMOS, single crystal epitaxial growth technology with controlled impurity concentration and film thickness is indispensable for improving device performance.
In general, an atmospheric pressure chemical vapor deposition method is used for epitaxial growth of a single crystal thin film on a semiconductor substrate such as a silicon wafer, and a low pressure chemical vapor deposition (LP-CVD) method is used in some cases. ing. A semiconductor substrate such as a silicon wafer is placed in the reaction vessel, and the semiconductor substrate is heated and rotated in a state where the reaction vessel is maintained in a normal pressure (0.1 MPa (760 Torr)) atmosphere or a vacuum atmosphere of a predetermined degree of vacuum. However, a source gas containing a silicon source and a dopant such as a boron compound, an arsenic compound, or a phosphorus compound is supplied. Then, a silicon epitaxial film doped with boron (B), phosphorus (P), or arsenic (As) is grown by performing thermal decomposition or hydrogen reduction reaction of the source gas on the surface of the heated semiconductor substrate. Manufacture (for example, see Patent Document 1).

また、エピタキシャル成長技術は、パワー半導体の製造、例えば、IGBT(インシュレートゲートバイポーラトランジスタ)の製造にも用いられる。IGBT等のパワー半導体では、例えば、数10μm以上の膜厚のシリコンエピタキシャル膜が必要となる。   Epitaxial growth technology is also used in the manufacture of power semiconductors, for example, the manufacture of IGBTs (insulated gate bipolar transistors). In a power semiconductor such as IGBT, for example, a silicon epitaxial film having a thickness of several tens of μm or more is required.

図7は、従来のホルダとヒータの形状と配置構成を示す概念図である。
図8は、図7に示す配置構成の寸法の一例を示す図である。
装置のチャンバ内には、シリコンウェハ200の支持部材(支持台)となるホルダ210(サセプタともいう。)が配置される。そして、ホルダ210には、シリコンウェハ200の直径より若干大きめの径のザグリ穴が形成されている。そして、かかるザグリ穴にシリコンウェハ200が収まるように載置される。かかる状態でホルダ210を回転部材171で回転させることによりシリコンウェハ200を回転させて、供給された原料ガスの熱分解或いは水素還元反応によりシリコンエピタキシャル膜を成長させる。そして、ホルダ210の裏面側にはホルダ210を加熱するためのアウトヒータ151がホルダ210の裏面から寸法l離れて配置されている。かかるアウトヒータ151は環状に形成され、内周端がシリコンウェハ200の外周端からlの距離をおいて配置される。また、アウトヒータ151の下部には、アウトヒータ151の裏面から寸法l離れてシリコンウェハ200の裏面を加熱するためのインヒータ161が配置されている。また、アウトヒータ151は、寸法lの幅に形成されている。また、かかる配置構成では、シリコンウェハ200の裏面からインヒータ161までの距離は寸法lとなる。そして、例えば、図8に示すように、l=5mm、l=15mm、l=4.5mm、l=10mm、l=12.1mmで構成されていた。
特開平9−194296号公報
FIG. 7 is a conceptual diagram showing the shape and arrangement of conventional holders and heaters.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the dimensions of the arrangement configuration illustrated in FIG. 7.
A holder 210 (also referred to as a susceptor) serving as a support member (support base) for the silicon wafer 200 is disposed in the chamber of the apparatus. The holder 210 is formed with a counterbore having a diameter slightly larger than the diameter of the silicon wafer 200. Then, the silicon wafer 200 is placed in such a counterbored hole. In this state, the silicon wafer 200 is rotated by rotating the holder 210 with the rotating member 171, and a silicon epitaxial film is grown by thermal decomposition or hydrogen reduction reaction of the supplied source gas. Further, an outheater 151 for heating the holder 210 is disposed on the back side of the holder 210 with a dimension 11 away from the back side of the holder 210. The outheater 151 is formed in an annular shape, and the inner peripheral end thereof is disposed at a distance of l 2 from the outer peripheral end of the silicon wafer 200. Further, at the lower part of the outer heater 151, inner heater 161 for heating the back surface of the silicon wafer 200 with dimensions l 3 away from the back surface of the outer heater 151 is arranged. Also, out-heater 151 is formed to a width dimension l 4. In such an arrangement, the distance from the back surface of the silicon wafer 200 to the in-heater 161 is the dimension l 5 . And, for example, as shown in FIG. 8, it was configured with l 1 = 5 mm, l 2 = 15 mm, l 3 = 4.5 mm, l 4 = 10 mm, and l 5 = 12.1 mm.
JP-A-9-194296

上述したように、シリコンウェハ200に均一にシリコンエピタキシャル膜を成長させるために、インヒータ161でシリコンウェハ200を加熱しているが、シリコンウェハ200の支持台となるホルダ210を介して熱が逃げてしまうため、別にホルダ210も加熱するようにアウトヒータ151が配置されていた。しかし、図8に示すような寸法の配置構成では、基板面内での温度分布が一様にならず、特に、シリコンウェハ200等の基板のエッジ部分の膜厚均一性が劣化してしまうといった問題があった。   As described above, in order to uniformly grow the silicon epitaxial film on the silicon wafer 200, the silicon wafer 200 is heated by the in-heater 161, but the heat escapes through the holder 210 that serves as a support for the silicon wafer 200. Therefore, the outheater 151 is arranged so as to heat the holder 210 separately. However, in the arrangement configuration having dimensions as shown in FIG. 8, the temperature distribution in the substrate surface is not uniform, and in particular, the film thickness uniformity of the edge portion of the substrate such as the silicon wafer 200 is deteriorated. There was a problem.

本発明は、かかる問題点を克服し、基板面内の温度分布をより均一に保つような支持台と熱源との構成を有する気相成長装置を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a vapor phase growth apparatus having a configuration of a support base and a heat source that overcomes such problems and keeps the temperature distribution in the substrate surface more uniform.

本発明の一態様の気相成長装置は、
ガスを供給する第1の流路及びガスを排気する第2の流路が接続されたチャンバ内でガスを用いて基板に成膜する気相成長装置において、
裏面に環状の凸部を有し、表面側で基板を支持する支持台と、
表面位置が上述した凸部の先端よりも支持台側に位置するように支持台の裏面側でかつ凸部の外周端より外側に配置された第1の熱源と、
支持台の裏面側に第1の熱源よりもさらに離れて配置された第2の熱源と、
を備えたことを特徴とする。
The vapor phase growth apparatus of one embodiment of the present invention includes:
In a vapor phase growth apparatus for forming a film on a substrate using a gas in a chamber connected to a first flow path for supplying gas and a second flow path for exhausting gas,
A support having an annular convex portion on the back surface and supporting the substrate on the front surface side;
A first heat source disposed on the back surface side of the support base and outside the outer peripheral end of the convex portion so that the surface position is located on the support base side with respect to the tip of the convex portion described above,
A second heat source disposed further away from the first heat source on the back side of the support base;
It is provided with.

凸部の外周端より外側で第1の熱源の表面位置が凸部の先端よりも支持台側に配置されることにより、第1の熱源からの輻射熱を凸部で遮へいすることができる。そのため、第1の熱源から基板側への輻射熱の漏れを抑制することができる。   By disposing the surface position of the first heat source outside the outer peripheral end of the convex portion closer to the support base than the tip of the convex portion, the radiant heat from the first heat source can be shielded by the convex portion. Therefore, leakage of radiant heat from the first heat source to the substrate side can be suppressed.

また、第1の熱源は、環状に形成され、第1の熱源の内周端から基板の外周端までの距離が、第1の熱源の外周端から第1の熱源の内周端までの半径方向長さよりも短くなるように配置されたことを特徴とする。   The first heat source is formed in an annular shape, and the distance from the inner peripheral end of the first heat source to the outer peripheral end of the substrate is a radius from the outer peripheral end of the first heat source to the inner peripheral end of the first heat source. It is arranged to be shorter than the length in the direction.

かかる構成により、第1の熱源と基板との距離が従来よりも近くなるようにすることができる。その結果、支持台を介して必要な熱量を基板に伝達し易くすることができる。   With this configuration, the distance between the first heat source and the substrate can be made shorter than before. As a result, the necessary amount of heat can be easily transmitted to the substrate via the support base.

ここで、支持台は、環状に形成され、
特に、第1の熱源は、第1の熱源の外周端から第1の熱源の内周端までの半径方向長さが、支持台の外周端から支持台の内周端までの半径方向長さの45〜59%になるように形成されると好適である。
Here, the support base is formed in an annular shape,
In particular, the first heat source has a radial length from the outer peripheral end of the first heat source to the inner peripheral end of the first heat source, and a radial length from the outer peripheral end of the support base to the inner peripheral end of the support base. It is preferable that it is formed so as to be 45 to 59%.

かかる長さに環状の第1の熱源を形成することで、必要な伝熱面積を得ることができる。   By forming the annular first heat source in such a length, a necessary heat transfer area can be obtained.

また、第1の熱源の裏面から第2の熱源の表面までの距離が、支持台の裏面から第1の熱源の表面までの距離よりも長くなるように第1と第2の熱源を配置することを特徴とする。   Further, the first and second heat sources are arranged so that the distance from the back surface of the first heat source to the surface of the second heat source is longer than the distance from the back surface of the support base to the surface of the first heat source. It is characterized by that.

特に、第1の熱源の裏面から第2の熱源の表面までの距離が、支持台の裏面から第1の熱源の表面までの距離の7倍以上となるように第1と第2の熱源を配置すると好適である。   In particular, the first and second heat sources are set so that the distance from the back surface of the first heat source to the surface of the second heat source is at least seven times the distance from the back surface of the support base to the surface of the first heat source. Arrangement is preferred.

本発明によれば、基板面内の温度分布を良好にすることができ、膜厚均一性を向上させることができる。   According to the present invention, the temperature distribution in the substrate surface can be improved, and the film thickness uniformity can be improved.

実施の形態1.
気相成長装置の一例となる枚葉式エピタキシャル成長装置のプロセス開発においては、膜厚均一性が求められる。かかる膜厚均一性を左右するポイントとして、シリコンウェハの温度分布が重要であることが明らかとなった。特に、ウェハエッジ数mmに見られる、所謂、エッジ効果と呼ばれるウェハ中央部とは異なる特異現象が存在する。この特異現象をいかに緩和するかが良好な温度分布を得るために必要である。実施の形態1では、シミュレーションを実施して、その結果からも実証されるウェハ面内の温度分布が最適となるホルダ形状およびヒータレイアウトを説明する。以下、図面を用いて説明する。
Embodiment 1 FIG.
In process development of a single wafer epitaxial growth apparatus which is an example of a vapor phase growth apparatus, film thickness uniformity is required. It became clear that the temperature distribution of the silicon wafer is important as a point that influences the film thickness uniformity. In particular, there is a peculiar phenomenon that is different from the so-called edge effect called the edge effect, which is seen at a wafer edge number of mm. How to mitigate this singular phenomenon is necessary to obtain a good temperature distribution. In the first embodiment, a holder shape and a heater layout in which the temperature distribution in the wafer surface, which is also verified from the results of simulation, is optimized will be described. Hereinafter, it demonstrates using drawing.

図1は、実施の形態1におけるエピタキシャル成長装置の構成を示す概念図である。
図1において、気相成長装置の一例となるエピタキシャル成長装置100は、支持台の一例となるホルダ(サセプタとも言う。)110、チャンバ120、シャワーヘッド130、真空ポンプ140、圧力制御弁142、アウトヒータ150、インヒータ160、回転部材170を備えている。チャンバ120には、ガスを供給する流路122とガスを排気する流路124が接続されている。そして、流路122は、シャワーヘッド130に接続されている。図1では、実施の形態1を説明する上で必要な構成以外を省略している。また、縮尺等も、実物とは一致させていない(以下、各図面において同様である)。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the configuration of the epitaxial growth apparatus in the first embodiment.
In FIG. 1, an epitaxial growth apparatus 100 as an example of a vapor phase growth apparatus includes a holder (also referred to as a susceptor) 110 as an example of a support base, a chamber 120, a shower head 130, a vacuum pump 140, a pressure control valve 142, an outheater. 150, an in-heater 160, and a rotating member 170 are provided. The chamber 120 is connected to a flow path 122 for supplying gas and a flow path 124 for exhausting gas. The flow path 122 is connected to the shower head 130. In FIG. 1, components other than those necessary for describing the first embodiment are omitted. Further, the scale and the like are not matched with the actual product (hereinafter, the same applies in each drawing).

ホルダ110は、環状に形成されていて、所定の内径の貫通する開口部が形成される。そして、上面側から垂直或いは所定の角度で所定の深さに掘り込まれたザグリ穴116の低面でシリコンウェハ101の裏面と接触してシリコンウェハ101を支持する。   The holder 110 is formed in an annular shape, and has an opening that penetrates a predetermined inner diameter. Then, the silicon wafer 101 is supported by contacting the back surface of the silicon wafer 101 at the lower surface of the counterbore hole 116 dug to a predetermined depth perpendicularly or at a predetermined angle from the upper surface side.

また、ホルダ110は、図示していない回転機構によりシリコンウェハ101面と直交するシリコンウェハ101面の中心線を軸に回転させられる回転部材170上に配置される。そして、ホルダ110は、回転部材170と共に回転することで、シリコンウェハ101を回転させることができる。   The holder 110 is disposed on a rotating member 170 that can be rotated about a center line of the silicon wafer 101 surface orthogonal to the silicon wafer 101 surface by a rotation mechanism (not shown). Then, the holder 110 can rotate the silicon wafer 101 by rotating together with the rotating member 170.

ホルダ110の裏面側には、熱源の一例となるアウトヒータ150(第1の熱源の一例)とインヒータ160(第2の熱源の一例)が配置されている。アウトヒータ150によりホルダ110を加熱することができる。そして、インヒータ160は、アウトヒータ150の下部に配置され、インヒータ160によりシリコンウェハ101を加熱することができる。インヒータ160とは別に、ホルダ110へと熱が逃げやすいシリコンウェハ101の外周部の放熱を抑えるためにホルダ110を加熱するアウトヒータ150を設け、2重ヒータとすることで、シリコンウェハ101の面内温度均一性を向上させることができる。   An out-heater 150 (an example of a first heat source) and an in-heater 160 (an example of a second heat source), which are examples of heat sources, are disposed on the back side of the holder 110. The holder 110 can be heated by the outheater 150. The in-heater 160 is disposed below the out-heater 150, and the silicon wafer 101 can be heated by the in-heater 160. In addition to the in-heater 160, an out-heater 150 for heating the holder 110 is provided in order to suppress the heat radiation of the outer periphery of the silicon wafer 101 where heat easily escapes to the holder 110. The internal temperature uniformity can be improved.

そして、ホルダ110、アウトヒータ150、インヒータ160、シャワーヘッド130、回転部材170は、チャンバ120内に配置される。回転部材170は、チャンバ120内から図示していない回転機構へとチャンバ120外に延びている。シャワーヘッド130は、チャンバ120内からチャンバ120外へと配管が延びている。   The holder 110, the out heater 150, the in heater 160, the shower head 130, and the rotating member 170 are disposed in the chamber 120. The rotating member 170 extends from the chamber 120 to the rotating mechanism (not shown) outside the chamber 120. The shower head 130 has a pipe extending from the inside of the chamber 120 to the outside of the chamber 120.

そして、反応容器となるチャンバ120内を常圧或いは真空ポンプ140により所定の真空度の真空雰囲気に保持した状態で、シリコンウェハ101とホルダ110とをアウトヒータ150とインヒータ160とで加熱し、ホルダ110の回転によりシリコンウェハ101を所定の回転数で回転させながら、シャワーヘッド130からシリコン源となる原料ガスをチャンバ120内に供給する。そして、加熱されたシリコンウェハ101の表面で原料ガスの熱分解或いは水素還元を行なって、シリコンウェハ101の表面にシリコンエピタキシャル膜を成長させる。チャンバ120内の圧力は、例えば、圧力制御弁142を用いて常圧或いは所定の真空度の真空雰囲気に調整すればよい。或いは常圧で用いる場合には、真空ポンプ140若しくは圧力制御弁142がない構成でも構わない。シャワーヘッド130では、チャンバ120外から配管で供給された原料ガスをシャワーヘッド130内部のバッファを介して、複数の貫通孔から排出するようにしているため均一に原料ガスをシリコンウェハ101上に供給することができる。さらに、ホルダ110や回転部材170の圧力を内外同一(シリコンウェハ101の表面側雰囲気の圧力と裏面側雰囲気の圧力とを同じ)にすることで、原料ガスが回転部材170の内側、若しくは回転機構内部へと廻り込むことを防止することができる。同様に、図示していない回転機構側のパージガス等が、チャンバ内(シリコンウェハ101の表面側雰囲気)に漏れることを防止することができる。   Then, the silicon wafer 101 and the holder 110 are heated by the outheater 150 and the inheater 160 in a state in which the inside of the chamber 120 serving as a reaction container is maintained at a normal pressure or a vacuum atmosphere of a predetermined degree of vacuum by the vacuum pump 140. A source gas serving as a silicon source is supplied from the shower head 130 into the chamber 120 while rotating the silicon wafer 101 at a predetermined rotational speed by the rotation of 110. Then, the raw material gas is thermally decomposed or reduced with hydrogen on the surface of the heated silicon wafer 101 to grow a silicon epitaxial film on the surface of the silicon wafer 101. The pressure in the chamber 120 may be adjusted to a normal pressure or a vacuum atmosphere with a predetermined degree of vacuum using the pressure control valve 142, for example. Alternatively, when used at normal pressure, a configuration without the vacuum pump 140 or the pressure control valve 142 may be used. In the shower head 130, the source gas supplied from outside the chamber 120 is discharged from the plurality of through holes through the buffer inside the shower head 130, so that the source gas is uniformly supplied onto the silicon wafer 101. can do. Further, by making the pressure of the holder 110 and the rotating member 170 the same inside and outside (the pressure of the atmosphere on the front surface side of the silicon wafer 101 and the pressure of the atmosphere on the back surface side are the same), the source gas is moved inside the rotating member 170 or the rotating mechanism. It is possible to prevent going into the inside. Similarly, it is possible to prevent a purge gas or the like on the rotating mechanism side (not shown) from leaking into the chamber (the atmosphere on the surface side of the silicon wafer 101).

図2は、エピタキシャル成長装置システムの外観の一例を示す図である。
図2に示すように、エピタキシャル成長装置システム300は、筺体により全体が囲まれている。
図3は、エピタキシャル成長装置システムのユニット構成の一例を示す図である。
エピタキシャル成長装置システム300内では、カセットステージ(C/S)310或いはカセットステージ(C/S)312に配置されたカセットにセットされたシリコンウェハ101が、搬送ロボット350によりロードロック(L/L)チャンバ320内に搬送される。そして、トランスファーチャンバ330内に配置された搬送ロボット332によりL/Lチャンバ320からシリコンウェハ101がトランスファーチャンバ330内に搬出される。そして、搬出されたシリコンウェハ101がエピタキシャル成長装置100のチャンバ120内に搬送され、エピタキシャル成長法によりシリコンウェハ101表面にシリコンエピタキシャル膜が成膜される。シリコンエピタキシャル膜が成膜されたシリコンウェハ101は、再度、搬送ロボット332によりエピタキシャル成長装置100からトランスファーチャンバ330内に搬出される。そして、搬出されたシリコンウェハ101は、L/Lチャンバ320に搬送された後、搬送ロボット350によりL/Lチャンバ320からカセットステージ(C/S)310或いはカセットステージ(C/S)312に配置されたカセットに戻される。図3に示すエピタキシャル成長装置システム300では、エピタキシャル成長装置100のチャンバ120とL/Lチャンバ320とが2台ずつ搭載されており、スループットを向上させることができる。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the appearance of the epitaxial growth apparatus system.
As shown in FIG. 2, the epitaxial growth apparatus system 300 is entirely surrounded by a casing.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a unit configuration of the epitaxial growth apparatus system.
In the epitaxial growth apparatus system 300, a silicon wafer 101 set in a cassette placed on a cassette stage (C / S) 310 or a cassette stage (C / S) 312 is loaded into a load lock (L / L) chamber by a transfer robot 350. It is conveyed in 320. Then, the silicon wafer 101 is unloaded from the L / L chamber 320 into the transfer chamber 330 by the transfer robot 332 disposed in the transfer chamber 330. Then, the unloaded silicon wafer 101 is transferred into the chamber 120 of the epitaxial growth apparatus 100, and a silicon epitaxial film is formed on the surface of the silicon wafer 101 by the epitaxial growth method. The silicon wafer 101 on which the silicon epitaxial film is formed is again carried out from the epitaxial growth apparatus 100 into the transfer chamber 330 by the transfer robot 332. The unloaded silicon wafer 101 is transferred to the L / L chamber 320 and then placed on the cassette stage (C / S) 310 or the cassette stage (C / S) 312 from the L / L chamber 320 by the transfer robot 350. Is returned to the cassette. In the epitaxial growth apparatus system 300 shown in FIG. 3, two chambers 120 and two L / L chambers 320 of the epitaxial growth apparatus 100 are mounted, and throughput can be improved.

図4は、実施の形態1におけるホルダ形状とヒータレイアウトの詳細を説明するための断面概念図である。
ホルダ110の裏面には、下方に出っ張った環状の凸部112(ベロ)が形成されている。図4において、凸部112は、ホルダ110の裏面と直交する方向、すなわち、真下に向かって凸に延びているが、これに限るものではなく、所定の角度をもって斜め下方に延びても構わない。
FIG. 4 is a conceptual cross-sectional view for explaining details of the holder shape and the heater layout in the first embodiment.
On the back surface of the holder 110, an annular convex portion 112 (velo) protruding downward is formed. In FIG. 4, the convex portion 112 extends in a direction perpendicular to the back surface of the holder 110, that is, directly below, but is not limited thereto, and may extend obliquely downward at a predetermined angle. .

そして、シート状の表面と裏面をもち、環状に形成されたアウトヒータ150は、ホルダ110の下部、すなわち、ホルダ110の裏面側にホルダ110の裏面から所定の寸法l離れて配置される。かかる配置構成により、アウトヒータ150からの輻射熱でホルダ110を加熱することができる。そして、アウトヒータ150は、凸部112の外周端より外側に配置される。すなわち、アウトヒータ150の内周端が凸部112の外周端よりも外側になるように配置される。そして、アウトヒータ150の表面位置が凸部112の先端よりもホルダ110側に位置するように配置する。かかる配置構成により、アウトヒータ150からの輻射熱が凸部112で遮へいされ、直接的にシリコンウェハ101へと熱が漏れることを抑制することができる。例えば、凸部112の出っ張り高さは、2〜4mmに形成されることが望ましい。そして、アウトヒータ150は、アウトヒータ150の表面位置が凸部112の先端よりも0.5mm以上ホルダ110側に位置する(入り込む)ように配置されると好適である。アウトヒータ150の表面とホルダ110裏面との距離寸法lは例えば1.5mmが望ましい。 The out-heater 150 having a sheet-like front surface and back surface and formed in an annular shape is disposed at a lower portion of the holder 110, that is, on the back surface side of the holder 110, with a predetermined dimension 11 away from the back surface of the holder 110. With such an arrangement, the holder 110 can be heated by radiant heat from the outheater 150. The outheater 150 is disposed outside the outer peripheral end of the convex portion 112. In other words, the inner peripheral end of the outheater 150 is disposed outside the outer peripheral end of the convex portion 112. And it arrange | positions so that the surface position of the out heater 150 may be located in the holder 110 side rather than the front-end | tip of the convex part 112. FIG. With such an arrangement, the radiant heat from the outheater 150 is shielded by the convex portion 112, and it is possible to prevent heat from leaking directly to the silicon wafer 101. For example, it is desirable that the protruding height of the convex portion 112 is 2 to 4 mm. The outheater 150 is preferably arranged such that the surface position of the outheater 150 is positioned (entered) on the holder 110 side by 0.5 mm or more from the tip of the convex portion 112. The distance dimension l 1 between the front surface of the outheater 150 and the back surface of the holder 110 is preferably 1.5 mm, for example.

また、アウトヒータ150の内周端からシリコンウェハ101の外周端までの距離lが、アウトヒータ150の外周端からアウトヒータ150の内周端までの半径方向長さ、すなわち、アウトヒータ150の幅寸法lよりも短くなるようにアウトヒータ150を配置する。アウトヒータ150の幅寸法lは、必要な伝熱面積が得られるように設定される。アウトヒータ150の幅寸法lは、ホルダ110の外周端からホルダ110の内周端までの半径方向長さ、すなわち、ホルダ110の幅寸法lの45〜59%になるように形成されると好適である。ここでは、アウトヒータ150の幅寸法lが10〜17mmで形成されると好適である。そして、距離lが、アウトヒータ150の幅寸法lよりも短くなる程度にシリコンウェハ101に近づけるようにすることで、ホルダ110を介して必要な熱量をシリコンウェハ101に伝達し易くすることができる。ここでは、距離lが6mm程度になるように配置すると好適である。 Also, the distance l 2 from the inner peripheral end of the outer heater 150 to the outer edge of the silicon wafer 101, the radial length from the outer peripheral end of the outer heater 150 to the inner peripheral edge of the out-heater 150, i.e., the outer heater 150 The outheater 150 is arranged so as to be shorter than the width dimension l 4 . The width dimension l 4 of the outheater 150 is set so that a necessary heat transfer area can be obtained. The width dimension l 4 of the outheater 150 is formed to be 45 to 59% of the radial length from the outer peripheral end of the holder 110 to the inner peripheral end of the holder 110, that is, the width dimension l 6 of the holder 110. It is preferable. Here, it is preferable that the width l 4 of the out-heater 150 is formed by 10~17Mm. Then, by making the distance l 2 closer to the silicon wafer 101 to such an extent that the distance l 2 is shorter than the width dimension l 4 of the outheater 150, it is possible to easily transfer the necessary amount of heat to the silicon wafer 101 through the holder 110. Can do. Here, it is preferable to arrange the distance l 2 to be about 6 mm.

また、インヒータ160は、ホルダ110の裏面側で、アウトヒータ150よりもさらに離れて配置される。ここで、アウトヒータ150の裏面からインヒータ160の表面までの距離lが、上述したホルダ110の裏面からアウトヒータ150の表面までの距離lよりも長くなるようにインヒータ160を配置する。特に、アウトヒータ150の裏面からインヒータ160の表面までの距離lが、ホルダ110の裏面からアウトヒータ150の表面までの距離lの7倍以上となるように配置すると好適である。ここでは、距離lが10.5〜14.5mmになるように配置すると好適である。また、かかる場合に、シリコンウェハ101の裏面からインヒータ160の表面までの距離lは14.5〜18.5mmになるように配置すると好適である。従来に比べ、アウトヒータ150とインヒータ160とを離すことで、インヒータ160自身がアウトヒータ150によって加熱されてしまうことを防止することができる。特に、アウトヒータ150と重なるインヒータ160の外周付近がアウトヒータ150によって加熱されてしまうことにより、シリコンウェハ101のエッジ部が必要以上に加熱されてしまうことを抑制することができる。 Further, the in-heater 160 is disposed further away from the out-heater 150 on the back side of the holder 110. Here, the in-heater 160 is arranged so that the distance l 3 from the back surface of the out-heater 150 to the front surface of the in-heater 160 is longer than the distance l 1 from the back surface of the holder 110 to the surface of the out-heater 150 described above. In particular, it is preferable that the distance l 3 from the back surface of the outheater 150 to the surface of the inheater 160 is 7 times or more than the distance l 1 from the back surface of the holder 110 to the surface of the outheater 150. Here, it is preferable to arrange the distance l 3 to be 10.5 to 14.5 mm. In such a case, it is preferable that the distance l 5 from the back surface of the silicon wafer 101 to the surface of the in-heater 160 is 14.5 to 18.5 mm. Compared to the conventional case, by separating the outheater 150 and the inheater 160, it is possible to prevent the inheater 160 itself from being heated by the outheater 150. In particular, it is possible to prevent the edge portion of the silicon wafer 101 from being heated more than necessary because the vicinity of the outer periphery of the inheater 160 overlapping the outheater 150 is heated by the outheater 150.

図5は、実施の形態1と従来構成とを比較したウェハ面内温度分布のシミュレーション結果を示す図である。
図5において、従来のヒータ配置構成(レイアウト)では、ウェハエッジ付近(ウェハ中心から90mm付近)で温度が大きく上昇してしまっていることがわかる。これでは、所謂エッジ効果によるウェハエッジ付近の膜厚不足は解消しても逆にウェハエッジ付近の膜厚が大きくなりすぎてウェハ中央部の膜厚とのばらつきが大きくなってしまう。これに対し、実施の形態1の構成によれば、ウェハエッジ付近(ウェハ中心から90mm付近)での温度上昇も小さく、ウェハ面内均一性が従来に比べ大幅に向上していることがわかる。
FIG. 5 is a diagram showing a simulation result of the temperature distribution in the wafer surface in which the first embodiment is compared with the conventional configuration.
In FIG. 5, it can be seen that in the conventional heater arrangement (layout), the temperature has greatly increased near the wafer edge (near 90 mm from the wafer center). In this case, even if the film thickness shortage near the wafer edge due to the so-called edge effect is resolved, the film thickness near the wafer edge becomes too large and the variation in the film thickness at the center of the wafer becomes large. On the other hand, according to the configuration of the first embodiment, the temperature rise near the wafer edge (near 90 mm from the center of the wafer) is small, and it can be seen that the uniformity within the wafer surface is greatly improved as compared with the prior art.

図6は、実施の形態1と従来構成とを比較したウェハ面内温度差とヒータMAX温度を示す図である。
図6に示すように、従来の構成に比べ、実施の形態1によれば、ウェハ面内温度差が小さくなっていることがわかる。従って、ウェハ面内均一性が従来に比べ大幅に向上していることがわかる。また、アウトヒータ150とインヒータ160の最大(MAX)温度も小さくすることができ、ヒータへの負荷を低減することができる。その結果、ヒータの寿命を向上させることにもつながる。
FIG. 6 is a diagram showing a temperature difference in the wafer surface and a heater MAX temperature comparing Embodiment 1 with the conventional configuration.
As shown in FIG. 6, it can be seen that according to the first embodiment, the temperature difference in the wafer surface is smaller than in the conventional configuration. Therefore, it can be seen that the in-plane uniformity of the wafer is greatly improved as compared with the prior art. Further, the maximum (MAX) temperature of the outheater 150 and the inheater 160 can be reduced, and the load on the heater can be reduced. As a result, the life of the heater is also improved.

以上のように、本実施の形態によれば、シリコンウェハ101の面内温度分布を均一に保つことができる。よって、所謂、エッジ効果を抑制し、シリコンウェハ101の膜厚均一性を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the in-plane temperature distribution of the silicon wafer 101 can be kept uniform. Therefore, the so-called edge effect can be suppressed and the film thickness uniformity of the silicon wafer 101 can be improved.

このように構成することで膜厚均一性に優れたn−ベースの厚さである60μm以上のエピタキシャル成長も可能となった。   With this configuration, it is possible to perform epitaxial growth of 60 μm or more, which is an n-base thickness excellent in film thickness uniformity.

なお、当然ながら、IGBTに限らず、パワー半導体で、高耐圧を必要とする、パワーMOSの他、電車などのスイッチング素子として使用される、GTO(ゲートターンオフサイリスタ)や一般的なサイリスタ(SCR)の厚いベースのエピタキシャル層形成に適用可能である。   Of course, not only IGBTs, but also power semiconductors that require high breakdown voltage, power MOSs, GTOs (gate turn-off thyristors) and general thyristors (SCRs) that are used as switching elements for trains and the like. It can be applied to the formation of an epitaxial layer with a thick base.

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、気相成長装置の一例として、エピタキシャル成長装置について説明したが、これに限るものではなく、試料面に所定の膜を気相成長させるための装置であれば構わない。例えば、ポリシリコン膜を成長させる装置であっても構わない。   The embodiments have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, although an epitaxial growth apparatus has been described as an example of a vapor phase growth apparatus, the present invention is not limited to this, and any apparatus for vapor phase growth of a predetermined film on a sample surface may be used. For example, an apparatus for growing a polysilicon film may be used.

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、エピタキシャル成長装置100を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。   In addition, although descriptions are omitted for parts and the like that are not directly required for the description of the present invention, such as a device configuration and a control method, a required device configuration and a control method can be appropriately selected and used. For example, although the description of the control unit configuration for controlling the epitaxial growth apparatus 100 is omitted, it goes without saying that the required control unit configuration is appropriately selected and used.

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての気相成長装置、及び支持部材の形状は、本発明の範囲に包含される。   In addition, all the vapor phase growth apparatuses that include the elements of the present invention and can be appropriately modified by those skilled in the art, and the shapes of the support members are included in the scope of the present invention.

実施の形態1におけるエピタキシャル成長装置の構成を示す概念図である。1 is a conceptual diagram showing a configuration of an epitaxial growth apparatus in a first embodiment. エピタキシャル成長装置システムの外観の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the external appearance of an epitaxial growth apparatus system. エピタキシャル成長装置システムのユニット構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a unit structure of an epitaxial growth apparatus system. 実施の形態1におけるホルダ形状とヒータレイアウトの詳細を説明するための断面概念図である。FIG. 3 is a conceptual cross-sectional view for explaining details of a holder shape and a heater layout in the first embodiment. 実施の形態1と従来構成とを比較したウェハ面内温度分布のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the wafer surface temperature distribution which compared Embodiment 1 and the conventional structure. 実施の形態1と従来構成とを比較したウェハ面内温度差とヒータMAX温度を示す図である。It is a figure which shows the wafer surface temperature difference and heater MAX temperature which compared Embodiment 1 and the conventional structure. 従来のホルダとヒータの形状と配置構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the shape and arrangement configuration of the conventional holder and heater. 図7に示す配置構成の寸法の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the dimension of the arrangement structure shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

100 エピタキシャル成長装置
101,200 シリコンウェハ
110,210 ホルダ
112 凸部
116 ザグリ穴
120 チャンバ
122,124 流路
130 シャワーヘッド
140 真空ポンプ
142 圧力制御弁
150,151 アウトヒータ
160,161 インヒータ
170,171 回転部材
300 エピタキシャル成長装置システム
310,312 カセットステージ
320 L/Lチャンバ
330 トランスファーチャンバ
332,350 搬送ロボット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Epitaxial growth apparatus 101,200 Silicon wafer 110,210 Holder 112 Convex part 116 Counterbore hole 120 Chamber 122,124 Flow path 130 Shower head 140 Vacuum pump 142 Pressure control valve 150,151 Out heater 160,161 In heater 170,171 Rotating member 300 Epitaxial growth system 310, 312 Cassette stage 320 L / L chamber 330 Transfer chamber 332, 350 Transfer robot

Claims (5)

ガスを供給する第1の流路及びガスを排気する第2の流路が接続されたチャンバ内で前記ガスを用いて基板に成膜する気相成長装置において、
裏面に環状の凸部を有し、表面側で前記基板を支持する支持台と、
表面位置が前記凸部の先端よりも前記支持台側に位置するように前記支持台の裏面側でかつ前記凸部の外周端より外側に配置された第1の熱源と、
前記支持台の裏面側に前記第1の熱源よりもさらに離れて配置された第2の熱源と、
を備えたことを特徴とする気相成長装置。
In a vapor phase growth apparatus for forming a film on a substrate using the gas in a chamber connected to a first flow path for supplying gas and a second flow path for exhausting gas,
A support having a ring-shaped convex portion on the back surface and supporting the substrate on the front surface side;
A first heat source disposed on the back side of the support base and on the outer side of the outer peripheral end of the convex part such that the surface position is located on the support base side with respect to the tip of the convex part;
A second heat source disposed further away from the first heat source on the back side of the support base;
A vapor phase growth apparatus comprising:
前記第1の熱源は、環状に形成され、前記第1の熱源の内周端から前記基板の外周端までの距離が、前記第1の熱源の外周端から前記第1の熱源の内周端までの半径方向長さよりも短くなるように配置されたことを特徴とする請求項1記載の気相成長装置。   The first heat source is formed in an annular shape, and the distance from the inner peripheral end of the first heat source to the outer peripheral end of the substrate is such that the outer peripheral end of the first heat source is the inner peripheral end of the first heat source. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the vapor phase growth apparatus is disposed so as to be shorter than a length in a radial direction. 前記支持台は、環状に形成され、
前記第1の熱源は、前記第1の熱源の外周端から前記第1の熱源の内周端までの半径方向長さが、前記支持台の外周端から前記支持台の内周端までの半径方向長さの45〜59%になるように形成されたことを特徴とする請求項2記載の気相成長装置。
The support base is formed in an annular shape,
The first heat source has a radial length from the outer peripheral end of the first heat source to the inner peripheral end of the first heat source, and a radius from the outer peripheral end of the support base to the inner peripheral end of the support base. 3. The vapor phase growth apparatus according to claim 2, wherein the vapor phase growth apparatus is formed so as to be 45 to 59% of a length in a direction.
前記第1の熱源の裏面から前記第2の熱源の表面までの距離が、前記支持台の裏面から前記第1の熱源の表面までの距離よりも長くなるように前記第1と第2の熱源を配置することを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の気相成長装置。   The first and second heat sources so that the distance from the back surface of the first heat source to the surface of the second heat source is longer than the distance from the back surface of the support base to the surface of the first heat source. The vapor phase growth apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein: 前記第1の熱源の裏面から前記第2の熱源の表面までの距離が、前記支持台の裏面から前記第1の熱源の表面までの距離の7倍以上となるように前記第1と第2の熱源を配置することを特徴とする請求項4記載の気相成長装置。   The first and second distances are such that the distance from the back surface of the first heat source to the surface of the second heat source is at least 7 times the distance from the back surface of the support base to the surface of the first heat source. The vapor phase growth apparatus according to claim 4, wherein a heat source is provided.
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