JP2007242729A - Vapor phase epitaxial growth device and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気相成長装置及び気相成長方法に関する。 The present invention relates to a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method.
従来より、特許文献1及び2に記載されているように、半導体ウェハ上に有機金属化合物から成る半導体結晶を気相成長するための気相成長装置が種々開発されている。このような気相成長装置は、気相成長処理を行う反応炉を一又は複数備える。この反応炉は、半導体ウェハを、常温から気相成長処理に必要な温度に昇温し、更に、この気相成長処理の後に常温に降温する。
しかし、気相成長処理に伴う昇温・降温のプロセスには比較的長い時間(例えば90分程度)が必要となる。このため、反応炉の使用効率向上のため、半導体ウェハが反応炉を占める時間の短縮化が望まれる。 However, a relatively long time (for example, about 90 minutes) is required for the temperature increase / decrease process associated with the vapor phase growth process. For this reason, in order to improve the use efficiency of the reactor, it is desired to shorten the time for which the semiconductor wafer occupies the reactor.
そこで、本発明は、気相成長装置及び気相成長方法において、気相成長処理時に半導体ウェハが反応炉を占める時間を短縮し、気相成長処理の効率向上を図ることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to improve the efficiency of a vapor phase growth process by shortening the time that a semiconductor wafer occupies a reaction furnace during the vapor phase growth process in the vapor phase growth apparatus and the vapor phase growth method.
本発明の気相成長装置は、1)半導体ウェハに対し気相成長処理を行う反応炉と、2)上記気相成長処理に必要な温度範囲に上記半導体ウェハを昇温し、上記気相成長処理後の半導体ウェハを降温する第1の昇降温炉と、3)上記第1の昇降温炉により上記気相成長処理に必要な温度範囲に昇温された半導体ウェハを上記第1の昇降温炉から上記反応炉に搬送し、上記反応炉により上記気相成長処理が行われた半導体ウェハを上記反応炉から上記第1の昇降温炉に搬送する搬送部とを備え、上記反応炉は、当該反応炉内の温度を上記気相成長処理に必要な温度範囲に保持しつつ上記気相成長処理を行う、ことを特徴とする。 The vapor phase growth apparatus of the present invention includes 1) a reactor for performing vapor phase growth processing on a semiconductor wafer, and 2) raising the temperature of the semiconductor wafer to a temperature range necessary for the vapor phase growth processing, and performing the vapor phase growth. A first temperature raising and lowering furnace for lowering the temperature of the semiconductor wafer after processing; and 3) the first temperature raising and lowering temperature of the semiconductor wafer heated to the temperature range necessary for the vapor phase growth process by the first temperature raising and lowering furnace. A transport unit that transports the semiconductor wafer transferred from the furnace to the reaction furnace and the vapor phase growth process performed by the reaction furnace from the reaction furnace to the first heating / cooling furnace, and the reaction furnace includes: The vapor phase growth process is performed while maintaining the temperature in the reactor in a temperature range necessary for the vapor phase growth process.
本発明の気相成長方法は、1)昇温炉において半導体ウェハの温度を気相成長処理に必要な温度範囲に昇温するステップと、2)上記昇温炉において行われた昇温の後に、上記半導体ウェハを、搬送部を介して上記昇温炉から気相成長処理に必要な温度範囲に予め保持された反応炉に搬送するステップと、3)上記反応炉において上記半導体ウェハに気相成長処理を行うステップと、4)上記反応炉において行われた上記気相成長処理の後に、上記半導体ウェハを、搬送部を介して上記反応炉から降温炉に搬送するステップと、5)上記降温炉において上記半導体ウェハを降温するステップとを有する、ことを特徴とする。 The vapor phase growth method of the present invention includes 1) a step of raising the temperature of a semiconductor wafer to a temperature range necessary for vapor phase growth processing in a temperature raising furnace, and 2) after the temperature rise performed in the temperature raising furnace. A step of transporting the semiconductor wafer from the temperature raising furnace to a reaction furnace previously held in a temperature range necessary for vapor phase growth processing via a transport unit; and 3) a gas phase on the semiconductor wafer in the reaction furnace. A step of performing a growth process, 4) a step of transporting the semiconductor wafer from the reaction furnace to the temperature-decreasing furnace via a transport unit after the vapor phase growth process performed in the reaction furnace, and 5) the temperature-decreasing temperature. And a step of lowering the temperature of the semiconductor wafer in a furnace.
本発明の気相成長装置及び気相成長方法によれば、半導体ウェハに対する昇温及び降温は昇降温炉(又は、昇温炉及び降温炉)で行われ、反応炉内は気相成長処理に必要な温度範囲に保持される。このように、反応炉は、半導体ウェハを昇温及び降温することなく、気相成長処理のみを行うことが可能となる。このため、昇降温炉(又は、昇温炉若しくは降温炉)により半導体ウェハが昇温又は降温される間に、反応炉が他の半導体ウェハに対し気相成長処理を施すことができる。すなわち、複数の半導体ウェハに対し気相成長処理を連続して施すことが可能となる。よって、気相成長処理時に半導体ウェハが反応炉を占める時間が短縮されるので、反応炉の利用効率の向上が図れる。従って、気相成長処理の効率向上が図れる。 According to the vapor phase growth apparatus and the vapor phase growth method of the present invention, the semiconductor wafer is heated and lowered in the heating / cooling furnace (or the heating furnace and the cooling furnace), and the reaction furnace is subjected to the vapor growth process. Maintained in the required temperature range. Thus, the reactor can perform only the vapor phase growth process without raising or lowering the temperature of the semiconductor wafer. For this reason, while the temperature of the semiconductor wafer is raised or lowered by the temperature raising / lowering furnace (or the temperature raising or lowering furnace), the reaction furnace can perform the vapor phase growth process on the other semiconductor wafer. That is, it is possible to continuously perform vapor phase growth processing on a plurality of semiconductor wafers. Therefore, since the time for which the semiconductor wafer occupies the reaction furnace during the vapor phase growth process is shortened, the utilization efficiency of the reaction furnace can be improved. Accordingly, the efficiency of the vapor phase growth process can be improved.
本発明の気相成長装置では、上記気相成長処理に必要な温度範囲に半導体ウェハを昇温し、上記気相成長処理後の半導体ウェハを降温する第2の昇降温炉を更に備え、上記搬送部は、上記第2の昇降温炉により上記気相成長処理に必要な温度範囲に昇温された半導体ウェハを上記第2の昇降温炉から上記反応炉に搬送し、上記反応炉により上記気相成長処理が行われた半導体ウェハを上記反応炉から上記第2の昇降温炉に搬送する。従って、一の昇降温炉から反応炉に搬送された半導体ウェハが反応炉により気相成長処理が施されてから、この半導体ウェハが当該昇降温炉に再度搬送され、常温に降温されるまでの間に、他の半導体ウェハが他の昇降温炉から反応炉に搬送され、反応炉により気相成長処理が施される。すなわち、複数の昇降温炉から反応炉に順次搬送された複数の半導体ウェハに対し、反応炉内で昇温及び降温することなく、気相成長処理を連続して施すことが可能となる。よって、反応炉の利用効率の向上が図れ、気相成長処理の効率向上が図れる。 The vapor phase growth apparatus of the present invention further includes a second heating / cooling furnace that raises the temperature of the semiconductor wafer to a temperature range necessary for the vapor phase growth process, and lowers the temperature of the semiconductor wafer after the vapor phase growth process. The transfer unit transfers the semiconductor wafer heated to the temperature range necessary for the vapor phase growth process by the second heating / cooling furnace from the second heating / cooling furnace to the reaction furnace, and the reaction furnace The semiconductor wafer subjected to the vapor phase growth process is transferred from the reaction furnace to the second heating / cooling furnace. Therefore, after the semiconductor wafer transported from one heating / cooling furnace to the reaction furnace is subjected to the vapor phase growth process in the reaction furnace, the semiconductor wafer is transported again to the heating / cooling furnace until the temperature is lowered to room temperature. In the meantime, another semiconductor wafer is transferred from another heating / cooling furnace to the reaction furnace and subjected to vapor phase growth processing in the reaction furnace. That is, it is possible to continuously perform the vapor phase growth process on the plurality of semiconductor wafers sequentially transferred from the plurality of heating / cooling furnaces to the reaction furnace without increasing or decreasing the temperature in the reaction furnace. Therefore, the utilization efficiency of the reactor can be improved, and the efficiency of the vapor phase growth process can be improved.
本発明の気相成長装置では、上記昇降温炉は、当該昇降温炉内にガスを供給するためのガス供給部を有する。従って、半導体ウェハの昇温時に、半導体ウェハを構成する所定の物質成分の離脱によって生じるガス成分を、ガス供給部を介して補填できると共に、このような物質成分が半導体ウェハから離脱するのを抑制できる。 In the vapor phase growth apparatus of the present invention, the heating / cooling furnace has a gas supply unit for supplying gas into the heating / cooling furnace. Therefore, when the temperature of the semiconductor wafer is raised, the gas component generated by the separation of the predetermined material component constituting the semiconductor wafer can be compensated via the gas supply unit, and the separation of the material component from the semiconductor wafer is suppressed. it can.
本発明の気相成長装置では、上記反応炉は、当該反応炉内にある半導体ウェハと当該反応炉内のガスを排気する当該反応炉に設けられたガス排気部の開口とを覆うためのカバー部を有し、上記カバー部は、上記反応炉内にガスを供給する該反応炉に設けられたガス供給部に連通するガス供給口を有する。このように、カバー部内に原料ガスが供給されるため、原料ガスの分解による粉塵や反応炉内壁への堆積物がカバー部の外部で生じる可能性が低くなる。このような粉塵や堆積物はカバー部の内側に付着する。よって、半導体ウェハを反応炉から昇降温炉に移動する際にカバー部を反応炉内に残しておけば、反応炉から昇降温炉に移動する粉塵が低減する。 In the vapor phase growth apparatus of the present invention, the reaction furnace covers a semiconductor wafer in the reaction furnace and an opening of a gas exhaust part provided in the reaction furnace for exhausting the gas in the reaction furnace. The cover portion has a gas supply port communicating with a gas supply portion provided in the reaction furnace for supplying gas into the reaction furnace. In this way, since the source gas is supplied into the cover portion, the possibility that dusts and deposits on the inner wall of the reaction furnace are generated outside the cover portion due to the decomposition of the source gas is reduced. Such dust and deposits adhere to the inside of the cover part. Therefore, if the cover part is left in the reaction furnace when the semiconductor wafer is moved from the reaction furnace to the heating / cooling furnace, dust moving from the reaction furnace to the heating / cooling furnace is reduced.
本発明によれば、気相成長装置及び気相成長方法において、半導体ウェハが反応炉を気相成長処理時に占める時間を短縮し、気相成長処理の効率向上が図られる。 According to the present invention, in the vapor phase growth apparatus and the vapor phase growth method, the time required for the semiconductor wafer to occupy the reaction furnace in the vapor phase growth process can be shortened, and the efficiency of the vapor phase growth process can be improved.
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。まず、図1を参照して、実施形態に係る気相成長装置1の構成を説明する。気相成長装置1は、MOVPE(Metal-Organic VaporPhase Epitaxy)装置であり、半導体ウェハWに対しIII−V族半導体の有機金属気相成長処理(以下、簡単のため気相成長処理という)を行う反応炉11を備える。反応炉11の外壁の素材は例えば石英等である。なお、気相成長装置1は、III−V族半導体以外の他の半導体の気相成長処理を行う装置であってもよい。反応炉11内には、カバー部61が着脱可能に設けられている。カバー部61は、反応炉11内にある半導体ウェハWと、反応炉11内のガスを排気する後述のガス排気部33aの開口とを覆う。反応炉11により行われる気相成長処理に必要な原料ガスは、カバー部61の内側(カバー部61が覆う空間)に供給される。カバー部61の内側の温度及び気圧は、反応炉11内であってカバー部61の外側の温度及び気圧と略同程度である。カバー部61の素材は例えば石英等である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same reference numerals are assigned to the same elements, and duplicate descriptions may be omitted. First, with reference to FIG. 1, the structure of the vapor phase growth apparatus 1 which concerns on embodiment is demonstrated. The vapor phase growth apparatus 1 is a MOVPE (Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy) apparatus, and performs a metal-organic vapor phase growth process (hereinafter referred to as a vapor phase growth process for simplicity) of a group III-V semiconductor on a semiconductor wafer W.
気相成長装置1は、昇降温炉15a及び昇降温炉15bを更に備える。昇降温炉15a及び昇降温炉15bは、気相成長処理に必要な温度範囲(以下、温度範囲Cという)に至るまで半導体ウェハWの温度を昇温し、気相成長処理後の半導体ウェハWの温度を常温に至るまで降温する。このように、昇降温炉15a及び昇降温炉15bは、昇温炉及び降温炉の機能を合わせ持つ。このため、昇温炉としての機能を発揮している際には、昇降温炉15a及び昇降温炉15bを昇温炉と称してもよいし、降温炉としての機能を発揮している際には、昇降温炉15a及び昇降温炉15bを降温炉と称してもよい。昇降温炉15a及び昇降温炉15bの各外壁の素材は例えば石英等である。気相成長装置1は、ゲートバルブ13a及びゲートバルブ13bを更に備える。ゲートバルブ13aは、反応炉11と昇降温炉15aとを連結する連結路14aを開閉するバルブである。ゲートバルブ13bは、反応炉11と昇降温炉15bとを連結する連結路14bを開閉するバルブである。気相成長装置1は、前室19a及び前室19bを更に備える。前室19a及び前室19bは、気相成長処理を行う半導体ウェハWを挿入し、気相成長処理後の半導体ウェハWを取り出すためのスペースである。気相成長装置1は、ゲートバルブ17a及びゲートバルブ17bを更に備える。ゲートバルブ17aは、昇降温炉15aと前室19aとを連結する連結路18aを開閉するバルブである。ゲートバルブ17bは、昇降温炉15bと前室19bとを連結する連結路18bを開閉するバルブである。気相成長装置1は、搬送部21及び半導体ウェハ搬送部56を備える。半導体ウェハ搬送部56は、半導体ウェハWを、反応炉11、昇降温炉15a、昇降温炉15b、前室19a及び前室19bに搬送するための装置である。搬送部21は、前室19a、昇降温炉15a及び反応炉11に半導体ウェハ搬送部56が移動するためのレールを含むと共に、前室19b、昇降温炉15b及び11に半導体ウェハ搬送部56が移動するためのレールを含む。
The vapor phase growth apparatus 1 further includes a heating /
ここで、図2を参照して気相成長装置1の更に詳細な構成を説明する。半導体ウェハ搬送部56は、サセプタ搬送台車51、サセプタ53及びプレート55を有する。サセプタ53の素材は例えばカーボン等であり、プレート55の素材は例えば石英等である。サセプタ53の表面53aに半導体ウェハWが載置される。カバー部61は、断面が略半円状の略円筒形状を有しており、天井部には筒状のガス供給口63が設けられている。ガス供給口63は、反応炉11内に原料ガスを供給するガス供給部25a内に連通する。すなわち、ガス供給口63の開口部上にはガス供給部25aが位置する。また、カバー部61の長手方向の両端に設けられた側壁61a及び側壁61bには、半導体ウェハ搬送部56の出し入れを可能とする搬入搬出口65a及び搬入搬出口65aがそれぞれ設けられている。すなわち、搬入搬出口65a及び搬入搬出口65aを介して、サセプタ搬送台車51と、サセプタ搬送台車51上に設けられたサセプタ53及びプレート55と、サセプタ53の表面53aに載置された半導体ウェハWとが、カバー部61内に出し入れ可能となっている。搬送部21は、板形状を有しており、その表面に設けられた台車移動レール21a及びカバー部移動レール21bを有する。台車移動レール21aは、半導体ウェハ搬送部56を移動させるためのレールであり、台車移動レール21a上には、サセプタ搬送台車51がこのレール上を移動可能に設置されている。カバー部移動レール21bは、カバー部61を移動させるためのレールである。サセプタ搬送台車51には、サセプタ搬送台車51を貫通する孔部51aが設けられており、プレート55には、プレート55を貫通する孔部55aが設けられている。孔部51aと孔部55aとが重なることにより排気口57が形成される。排気口57は、ガス排気部33aの開口部上に位置する。なお、半導体ウェハ搬送部56が昇降温炉15a又は昇降温炉15b内にある場合、排気口57は、ガス排気部33bの開口部上又はガス排気部33cの開口部上に位置することとなる。
Here, a more detailed configuration of the vapor phase growth apparatus 1 will be described with reference to FIG. The semiconductor
また、図3に示すように、III族の原料ガス及びV族の原料ガスは、後述するポンプ37の作用によりガス供給部25aから図中符号E1の向きにカバー部61内に供給される。そして、この原料ガスは、ポンプ37の作用により図中符号E2に示す向きにカバー部61内を流れ、更に、図中符号E3に示す向きに排気口57を介してガス排気部33aに流れる。この場合、図4(a)に示すように、ガス供給部25aの開口径L1が、ガス供給口63の開口径L2に比較して大きく、更に、図4(b)に示すように、排気口57の開口径L3が、ガス排気部33aの開口径L4に比較して大きい。このため、ガス供給部25aから流れるIII族の原料ガス及びV族の原料ガスのうち、ガス供給口63の外部(カバー部61の外部)に漏れ出す原料ガスは僅かとなる。すなわち、ガス供給部25aから流れるIII族の原料ガス及びV族の原料ガスのほとんどは、図中符号E1の向きにガス供給口63内に流れることとなる。更に、排気口57から排気されるガスのうち、ガス排気部33aの外部に漏れ出すガスは僅かとなる。すなわち、排気口57から排気されるガスのほとんどは、図中符号E3の向きにガス排気部33a内に流れることとなる。なお、ガス排気部33b及びガス排気部33cの各開口径はガス排気部33aの開口径L4と略程度であり、従って、排気口57の開口径L3に比較して大きい。これによって半導体ウェハW上の原料ガスの流れが制御され、結晶の均一性の向上に寄与する。
Further, as shown in FIG. 3, the group III source gas and the group V source gas are supplied into the
図1に戻って説明を続ける。気相成長装置1は、計測器30a、計測器30b及び計測器30cを更に備える。計測器30aは、反応炉11内に設けられており、反応炉11内の温度及び気圧等を計測する。計測器30bは、昇降温炉15a内に設けられており、昇降温炉15a内の温度及び気圧等を計測する。計測器30cは、昇降温炉15b内に設けられており、昇降温炉15b内の温度及び気圧等を計測する。気相成長装置1は、加熱装置31a、加熱装置31b及び加熱装置31cを備える。加熱装置31aは、反応炉11に設けられており、反応炉11内の温度を上げるための装置である。加熱装置31bは、昇降温炉15aに設けられており、昇降温炉15a内の温度を上げるための装置である。加熱装置31cは、昇降温炉15bに設けられており、昇降温炉15b内の温度を上げるための装置である。気相成長装置1は、ガス供給装置23を更に備える。ガス供給装置23は、反応炉11、昇降温炉15a及び昇降温炉15bに、各種ガス(III族の原料ガス、V族の原料ガス及びパージガス等)を供給する装置である。ガス供給装置23は、特に、V族の原料ガスを昇降温炉15a及び昇降温炉15bに供給し、III族の原料ガス及びV族の原料ガスを反応炉11に供給する。気相成長装置1は、ガス供給部25a、ガス供給部25b及びガス供給部25cと、ガス供給ラインP1〜ガス供給ラインP4とを備える。ガス供給部25aは、ガス供給ラインP1及びガス供給ラインP3を介してガス供給装置23に接続されている。ガス供給部25bは、ガス供給ラインP1及びガス供給ラインP2を介してガス供給装置23に接続されている。ガス供給部25cは、ガス供給ラインP1及びガス供給ラインP4を介してガス供給装置23に接続されている。ガス供給部25aは、反応炉11に設けられており、反応炉11内(カバー部61内)にIII族の原料ガス及びV族の原料ガスを供給するためのノズルである。ガス供給部25bは、昇降温炉15aに設けられており、昇降温炉15a内にV族の原料ガスを供給するためのノズルである。ガス供給部25cは、昇降温炉15bに設けられており、昇降温炉15b内にV族の原料ガスを供給するためのノズルである。なお、ガス供給部25a、ガス供給部25b及びガス供給部25cと、ガス供給ラインP1〜ガス供給ラインP4とには、III族の原料ガスを流すライン及びノズルと、V族の原料ガスを流すライン及びノズルと、パージガスを流すライン及びノズルとが互いに独立して設けられている。特に、III族の原料ガスとV族の原料ガスとは、反応炉11内でのみ反応するように設計されている。
Returning to FIG. 1, the description will be continued. The vapor phase growth apparatus 1 further includes a measuring
気相成長装置1は、開閉バルブ27a、開閉バルブ27b及び開閉バルブ27cを備える。開閉バルブ27aは、ガス供給ラインP3に設けられており、ガス供給ラインP3の開閉を行う。開閉バルブ27bは、ガス供給ラインP2に設けられており、ガス供給ラインP2の開閉を行う。開閉バルブ27cは、ガス供給ラインP4に設けられており、ガス供給ラインP4の開閉を行う。気相成長装置1は、計測器29a、計測器29b及び計測器29cを備える。計測器29aは、ガス供給ラインP3に設けられており、ガス供給ラインP3を流れるIII族の原料ガス及びV族の原料ガスの流量等を計測する。計測器29bは、ガス供給ラインP2に設けられており、ガス供給ラインP2を流れるIII族の原料ガスの流量等を計測する。計測器29cは、ガス供給ラインP4に設けられており、ガス供給ラインP4を流れるIII族の原料ガスの流量等を計測する。気相成長装置1は、ガス排気部33a、ガス排気部33b及びガス排気部33cと、ガス供給ラインP5〜ガス供給ラインP8とを備える。ガス排気部33aは、ガス供給ラインP7及びガス供給ラインP5を介してフィルタ35に接続されている。ガス排気部33bは、ガス供給ラインP6及びガス供給ラインP5を介してフィルタ35に接続されている。ガス排気部33cは、ガス供給ラインP8及びガス供給ラインP5を介してフィルタ35に接続されている。ガス排気部33aは、反応炉11に設けられており、反応炉11内(カバー部61内)のガスをガス供給ラインP7に排気するためのノズルである。ガス排気部33bは、昇降温炉15aに設けられており、昇降温炉15a内のガスをガス供給ラインP6に排気するためのノズルである。ガス排気部33cは、昇降温炉15bに設けられており、昇降温炉15b内のガスをガス供給ラインP8に排気するためのノズルである。
The vapor phase growth apparatus 1 includes an opening /
気相成長装置1は、フィルタ35、ポンプ37及び除害装置39を更に備える。フィルタ35は、ガス供給ラインP5に接続されており、ガス供給ラインP5からの排気ガスに含まれる高温の原料ガスを冷却し、そしてトラップ内に堆積させることにより、このような毒性の強い原料ガスが下流に流れるのを防ぐ機能を有する(コールドトラップ)。また、フィルタ35は、ガス供給ラインP5から排気されたガスから粉塵を除去する。ポンプ37は、ガス供給装置23からガス供給ラインP3等を介して反応炉11、昇降温炉15a及び昇降温炉15bに各種原料ガスを供給すると共に、反応炉11、昇降温炉15a及び昇降温炉15bのガスをガス供給ラインP5等を介してフィルタ35に排気する。除害装置39は、フィルタ35を通過したガスに対する除害処理を行う。気相成長装置1は、開閉バルブ41a、開閉バルブ41b及び開閉バルブ41cを備える。開閉バルブ41aは、ガス供給ラインP7に設けられており、ガス供給ラインP7の開閉を行う。開閉バルブ41bは、ガス供給ラインP6に設けられており、ガス供給ラインP6の開閉を行う。開閉バルブ41cは、ガス供給ラインP8に設けられており、ガス供給ラインP8の開閉を行う。なお、気相成長装置1は、制御装置43を備えてもよい。制御装置43は、計測器29a、計測器29b及び計測器29cと、計測器30a、計測器30b及び計測器30cによる計測結果等に基づいて、気相成長装置1の各構成部の駆動制御を行う。特に、制御装置43は、後述する図5のフローチャートに示す処理を実行する。
The vapor phase growth apparatus 1 further includes a
次に、図5及び図6を参照して、気相成長装置1の動作を説明する。図5に、反応炉11、昇降温炉15a及び前室19aを用いた気相成長処理を説明するためのフローチャートを示す。なお、反応炉11、昇降温炉15b及び前室19bを用いた気相成長処理も図5のフローチャートと同様の処理である。また、図6に、半導体ウェハWの温度変化を示す。図6に示す半導体ウェハWの温度は、半導体ウェハWを収容している反応炉11又は昇降温炉15a内の各温度と略同一である。以下、半導体ウェハWを収容している反応炉11又は昇降温炉15a内の各温度を、半導体ウェハWの温度と略同一であるとして説明する。ゲートバルブ13a及びゲートバルブ13bと、ゲートバルブ17aとは予め閉じられている。また、反応炉11は、加熱装置31aにより、気相成長処理に必要な温度範囲C(図6参照)にある摂氏300度程度(図6に示す温度C1)に保持されており、更に、ポンプ37により100mbar程度(気圧A1という)に減圧された状態に保持されている。まず、前室19aに、気相成長処理を行う半導体ウェハ(第1の半導体ウェハW1という)がセットされる。以下の処理におけるこの第1の半導体ウェハW1の温度変化を、図6に示すグラフG1に示す。この場合、前室19a内には半導体ウェハ搬送部56が待機しており、第1の半導体ウェハW1は、この半導体ウェハ搬送部56のサセプタ53の表面53a上に載置される。
Next, the operation of the vapor phase growth apparatus 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows a flowchart for explaining the vapor phase growth process using the
その後、気相成長処理の処理開始指示が制御装置43において入力されると、ゲートバルブ17aが開かれる。そして、第1の半導体ウェハW1の載置された半導体ウェハ搬送部56が搬送部21を介して昇降温炉15aに移動される(ステップS1)。この時、半導体ウェハ搬送部56の排気口57はガス排気部33bの開口部上に位置する。半導体ウェハ搬送部56の昇降温炉15aへの移動が完了するとゲートバルブ17aが閉じられる。その後、昇降温炉15aでは、ポンプ37により気圧A1程度まで減圧されると共に、加熱装置31bにより温度C2程度(図6参照)まで昇温される(ステップS2)。すなわち、ステップS2では、昇降温炉15aにより第1の半導体ウェハW1の温度が気相成長処理に必要な温度範囲C(特に温度C1)に至るまで昇温される。この場合、加熱により第1の半導体ウェハW1からガスとなって発せられる成分(V族物質)の補填をするため、この成分(V族物質)を含む原料ガスがガス供給部25bを介してガス供給装置23から昇降温炉15a内に供給される。例えば、第1の半導体ウェハW1がInPの素材の場合、加熱によりPを含む物質がガスとなって発せられる。このため、第1の半導体ウェハW1にPを補填するため、V族の原料ガスとしてPH3等のガスが供給される。なお、原料ガスを供給し続ける理由としては、このように第1の半導体ウェハW1にV族物質を補填するためだけでなく、第1の半導体ウェハW1から離脱する物質成分のガスの気圧を高くして第1の半導体ウェハW1からのV族物質の離脱を抑制するためでもある。
Thereafter, when a processing start instruction for the vapor phase growth processing is input in the
その後、昇降温炉15aの温度(すなわち、第1の半導体ウェハW1の温度)が温度C1程度まで昇温され、気圧が気圧A1程度に減圧されると(図6に示すタイミングT1に対応)、ゲートバルブ13aが開かれる。そして、昇降温炉15aにより昇温された第1の半導体ウェハW1の載置された半導体ウェハ搬送部56が搬送部21を介して気相成長処理に必要な温度範囲に予め保持された反応炉11に移動される(ステップS3)。以下、半導体ウェハ搬送部56は、サセプタ53の表面53aに載置された第1の半導体ウェハW1(更には、以下で説明する第2の半導体ウェハW2〜第5の半導体ウェハW5)等の半導体ウェハを含めたものとして説明する。半導体ウェハ搬送部56の反応炉11への移動が完了するとゲートバルブ13aが閉じられる。この時、半導体ウェハ搬送部56はカバー部61内に位置し、カバー部61により覆われた状態となっている。更にこの時、半導体ウェハ搬送部56の排気口57はガス排気部33aの開口部上に位置する。その後、図6に示す時刻t1において、反応炉11内の温度(すなわち、第1の半導体ウェハW1の温度)が気相成長処理に好適な摂氏650度から摂氏700度程度の範囲内の温度(温度C2という)に至るまで更に昇温される。そして、加熱により第1の半導体ウェハW1からガスとなって発せられるV族物質の補填をするため、更には、第1の半導体ウェハW1からのV族物質の離脱を抑制するため、V族の原料ガスがガス供給部25aを介してガス供給装置23から反応炉11内に供給される。その後、反応炉11内では、温度C2程度が維持されつつ、ガス供給部25aを介してガス供給装置23からIII族の原料ガス及びV族の原料ガスがカバー部61内に供給され、第1の半導体ウェハW1に対し気相成長処理が施される(ステップS4)。その後、気相成長処理が終了されると(図6に示す時刻t2の時点)、反応炉11では、ポンプ37により気圧A1程度まで減圧されると共に、加熱装置31bにより温度C1程度まで降温される。この場合、第1の半導体ウェハW1からガスとなって発せられるV族物質の補填をするため、更には、第1の半導体ウェハW1からのV族物質の離脱を抑制するため、V族の原料ガス(PH3又はAsH3等)がガス供給部25aを介してガス供給装置23から反応炉11内に供給される。
Thereafter, when the temperature of the heating /
反応炉11内の温度(すなわち、第1の半導体ウェハW1の温度)が温度C1程度に至り、そして気圧が気圧A1程度に至ると(図6に示すタイミングT2に対応)、ゲートバルブ13aが開かれる。そして、反応炉11により気相成長処理が行われた第1の半導体ウェハW1の載置された半導体ウェハ搬送部56が、搬送部21を介して昇降温炉15aに移動される(ステップS5)。この時、半導体ウェハ搬送部56の排気口57はガス排気部33bの開口部上に位置する。半導体ウェハ搬送部56の昇降温炉15aへの移動が完了するとゲートバルブ13aが閉じられる。なお、図6に示すタイミングT2に至るまでに、昇降温炉15a内はポンプ37及び加熱装置31bにより温度C1程度及び気圧A1程度に保たれている。その後、昇降温炉15a内の温度(すなわち、第1の半導体ウェハW1の温度)が常温に至るまで降温されると共に、気圧が常圧に至るまで調整される(ステップS6)。この場合、パージガスが、ガス供給部25bを介してガス供給装置23から昇降温炉15a内に供給され、ガス排気部33bを介して除害装置39に排気される。
When the temperature in the reaction furnace 11 (that is, the temperature of the first semiconductor wafer W1) reaches about the temperature C1, and the atmospheric pressure reaches about the atmospheric pressure A1 (corresponding to the timing T2 shown in FIG. 6), the
その後、昇降温炉15a内が常温・常圧に至ると、ゲートバルブ17aが開かれる。そして、気相成長処理が行われた第1の半導体ウェハW1の載置された半導体ウェハ搬送部56が搬送部21を介して前室19aに移動される。半導体ウェハ搬送部56の前室19aへの移動が完了するとゲートバルブ17aが閉じられる。そして、この気相成長処理が行われた第1の半導体ウェハW1が前室19aから取り出される。
Thereafter, when the temperature in the heating /
その後、図6に示す時刻t4において、前室19aに新たな半導体ウェハ(第2の半導体ウェハW2という)が搬入され、上述の処理(図5に示すステップS1〜ステップS6の処理であり、以下、ウェハ処理という)と同様の処理がこの第2の半導体ウェハW2に施される。この第2の半導体ウェハW2の温度変化を、図6のグラフG2に示す。第2の半導体ウェハW2に対する上述のウェハ処理が終了すると(図6に示す時刻t8の時点)、新たな半導体ウェハ(第3の半導体ウェハW3という)が前室19aに搬入され、上述のウェハ処理と同様の処理がこの第3の半導体ウェハW3に施される。この第3の半導体ウェハW3の温度変化を、図6のグラフG3に示す。
Thereafter, at time t4 shown in FIG. 6, a new semiconductor wafer (referred to as a second semiconductor wafer W2) is carried into the
また、第1の半導体ウェハW1が、前室19aから昇降温炉15a及び反応炉11に搬送され、更に昇降温炉15aを介して前室19aに搬送されるまでの間の、例えば、図6に示す時刻t2において、前室19bに、他の半導体ウェハ(第4の半導体ウェハW4という)が搬入され、その後、前室19b、昇降温炉15b及び反応炉11を用いて上述のウェハ処理と同様の処理がこの第4の半導体ウェハW4に施される。この第4の半導体ウェハW4の温度変化を、図6のグラフG4に示す。第4の半導体ウェハW4に対する処理が終了すると(図6に示す時刻t6の時点)、新たな半導体ウェハ(第5の半導体ウェハW5という)が前室19bに搬入され、上述のウェハ処理と同様の処理がこの第5の半導体ウェハW5に施される。この第5の半導体ウェハW5の温度変化を、図6のグラフG5に示す。なお、図6に示す時刻t4は、第4の半導体ウェハW4が、前室19bから昇降温炉15b及び反応炉11に搬送され、更に昇降温炉15bを介して前室19bに搬送されるまでの間にある。また、図6に示す時刻t6は、第2の半導体ウェハW2が、前室19aから昇降温炉15a及び反応炉11に搬送され、更に昇降温炉15aを介して前室19aに搬送されるまでの間にある。また、図6に示す時刻t8は、第5の半導体ウェハW5が、前室19bから昇降温炉15b及び反応炉11に搬送され、更に昇降温炉15bを介して前室19bに搬送されるまでの間にある。
Further, the first semiconductor wafer W1 is transferred from the
以上説明したように、実施形態に係る気相成長装置1は、前室19a及び前室19bと、昇降温炉15a及び昇降温炉15bと、反応炉11とを備える。昇降温炉15a及び昇降温炉15bの各々は、気相成長処理に必要な温度範囲に半導体ウェハを昇温し、気相成長処理後の半導体ウェハを常温に降温する。また、反応炉11は、この反応炉11内の温度を気相成長処理に必要な温度範囲に保持し、昇降温炉15a及び昇降温炉15bの各々により気相成長処理に必要な温度に昇温された半導体ウェハに気相成長処理を施す。そして、昇降温炉15aから反応炉11に搬送された半導体ウェハが反応炉11により気相成長処理が施されてから、この半導体ウェハが昇降温炉15aに再度搬送され、常温に降温されるまでの間に、他の半導体ウェハが、前室19b及び昇降温炉15bから反応炉11に搬送され、反応炉11により気相成長処理が施される。この場合、半導体ウェハに対する昇温及び降温は、昇降温炉15a及び昇降温炉15b内で行われ、反応炉11内は気相成長処理に必要な温度範囲に保持される。このように、反応炉11は、半導体ウェハを昇温及び降温することなく、気相成長処理のみを行うことが可能となる。このため、昇降温炉15a又は昇降温炉15bにより半導体ウェハが昇温又は降温される間に、反応炉11が他の半導体ウェハに対し気相成長処理を施すことができる。すなわち、気相成長装置1は、複数の半導体ウェハに対し気相成長処理を連続して施すことが可能となる。よって、気相成長処理時に半導体ウェハが反応炉11を占める時間が短縮されるので、反応炉11の利用効率の向上が図れる。従って、気相成長処理の効率向上が図れる。
As described above, the vapor phase growth apparatus 1 according to the embodiment includes the
また、気相成長装置1は、昇降温炉15a及び昇降温炉15bを備えるため、昇降温炉15aから反応炉11に搬送された半導体ウェハが反応炉11により気相成長処理が施されてから、この半導体ウェハが昇降温炉15aに再度搬送され、常温に降温されるまでの間に、他の半導体ウェハが昇降温炉15bから反応炉11に搬送され、反応炉11により気相成長処理が施される。すなわち、複数の昇降温炉(昇降温炉15a及び昇降温炉15b)から反応炉11に順次搬送された複数の半導体ウェハに対し、反応炉11内で昇温及び降温することなく、気相成長処理を連続して施すことが可能となる。よって、反応炉11の利用効率の向上が図れ、気相成長処理の効率向上が図れる。また、気相成長処理後の半導体ウェハが反応炉11から昇降温炉15a又は昇降温炉15bに搬送される場合、ゲートバルブ13a又はゲートバルブ13bが開放され、反応炉11と昇降温炉15a又は昇降温炉15bとが連通する。反応炉11内は、気相成長処理に必要な温度に保持されているため、原料ガスにより生じる粉塵が浮遊する。このため、ゲートバルブ13a又はゲートバルブ13bが開放され、反応炉11と昇降温炉15a又は昇降温炉15bとが連通すると、反応炉11内を浮遊する粉塵が昇降温炉15a又は昇降温炉15bに移動する場合がある。よって、昇降温炉15a又は昇降温炉15b内に移動した粉塵が、半導体ウェハの降温時に、この半導体ウェハの表面や、昇降温炉15a又は昇降温炉15bの内壁等に付着するおそれが生じる。しかし、実施形態に係る反応炉11は、半導体ウェハを覆うカバー部61を有しており、カバー部61内に原料ガスが供給される。このため、粉塵がカバー部61の外部で生成される可能性は低減される。そして、ゲートバルブ13a又はゲートバルブ13bが開放され、反応炉11と昇降温炉15a又は昇降温炉15bとが連通した場合に昇降温炉15a又は昇降温炉15bに移動する粉塵は低減される。従って、半導体ウェハの降温時に、この半導体ウェハの表面や、昇降温炉15a又は昇降温炉15bの内壁等に粉塵が付着する可能性の低減化が図れる。更に、反応炉11、昇降温炉15a及び昇降温炉15b等に粉塵が付着する可能性が低くなるため、メンテナンスが容易となる。
Further, since the vapor phase growth apparatus 1 includes the heating /
<変形例1>
なお、発明は、上述の実施形態に限らない。例えば、本発明に係る実施形態としては、図7(a)に示す気相成長装置1aであってもよい。気相成長装置1aは、昇降温炉15a及び昇降温炉15bの各々が、ゲートバルブ17a及びゲートバルブ17bを介して前室19aに連結された構成を有する。気相成長装置1aも、図4に示すような、複数の半導体ウェハに対する連続した気相成長処理が可能である。この場合、例えば、第1の半導体ウェハW1が、前室19aから昇降温炉15a及び反応炉11に搬送され、更に昇降温炉15aを介して前室19aに搬送されるまでの間の、例えば、時刻t2において、前室19aに、他の半導体ウェハが搬入されることとなる。その後、この第4の半導体ウェハW4に対し、昇降温炉15b及び反応炉11により上述のウェハ処理と同様の処理が施される。第1の半導体ウェハW1及び第4の半導体ウェハW4の各温度変化は、図6に示すグラフG1及びグラフG4と同様である。更に、第2の半導体ウェハW2、第5の半導体ウェハW5及び第3の半導体ウェハW3等に対し上述のウェハ処理と同様の処理が順次施される。第2の半導体ウェハW2、第5の半導体ウェハW5及び第3の半導体ウェハW3の各温度変化は、図6に示すグラフG2、グラフG5及びグラフG3と同様である。
<Modification 1>
The invention is not limited to the above-described embodiment. For example, an embodiment according to the present invention may be a vapor phase growth apparatus 1a shown in FIG. The vapor phase growth apparatus 1a has a configuration in which each of the heating /
<変形例2>
また、本発明に係る実施形態としては、図7(b)に示す気相成長装置1bであってもよい。気相成長装置1bは、気相成長装置1aの昇降温炉15a及び昇降温炉15bに替えて昇温炉16a及び降温炉16bが用いられている。昇温炉16aは、気相成長処理に必要な温度範囲に至るまで半導体ウェハの温度を昇温し、降温炉16bは、気相成長処理後の半導体ウェハの温度を常温に至るまで降温する。このような構成であっても、図4に示すような、複数の半導体ウェハに対する連続した気相成長処理が可能である。この場合、例えば、第1の半導体ウェハW1は、前室19aからゲートバルブ17aを介して昇温炉16aに搬送され、この昇温炉16aにより気相成長処理に必要な温度範囲に至るまで昇温される。この後、第1の半導体ウェハW1は、昇温炉16aからゲートバルブ13bを介して気相成長処理に必要な温度範囲に予め保持された反応炉11に搬送され(図6に示すタイミングT1に対応)、反応炉11により気相成長処理が行われる(図6に示す時刻t1の時点)。この後、第1の半導体ウェハW1は、反応炉11からゲートバルブ13aを介して降温炉16bに搬送され(図6に示すタイミングT2に対応)、この降温炉16bにより降温される。この後、第1の半導体ウェハW1は、降温炉16bからゲートバルブ17bを介して前室19aに搬送される。第1の半導体ウェハW1の温度変化は、図6に示すグラフG1と同様である。
<Modification 2>
Further, an embodiment according to the present invention may be a vapor phase growth apparatus 1b shown in FIG. In the vapor phase growth apparatus 1b, a
また、第1の半導体ウェハW1が、前室19aから昇降温炉15a及び反応炉11に搬送され、更に昇降温炉15aを介して前室19aに搬送されるまでの間の、例えば、時刻t2において、前室19aに、他の半導体ウェハが搬入される。そして、この第4の半導体ウェハW4は、前室19aからゲートバルブ17aを介して昇温炉16aに搬送され、この昇温炉16aにより気相成長処理に必要な温度範囲に至るまで昇温される。この後、第4の半導体ウェハW4は、昇温炉16aからゲートバルブ13bを介して気相成長処理に必要な温度範囲に予め保持された反応炉11に搬送され、反応炉11により気相成長処理が行われる(図6に示す時刻t3の時点)。この後、第4の半導体ウェハW4は、反応炉11からゲートバルブ13aを介して降温炉16bに搬送され、この降温炉16bにより降温される。この後、第4の半導体ウェハW4は、降温炉16bからゲートバルブ17bを介して前室19aに搬送される。第4の半導体ウェハW4の温度変化は、図6に示すグラフG4と同様である。これ以降、上述した第1の半導体ウェハW1及び第4の半導体ウェハW4に対して行われた処理と同様の処理が第2の半導体ウェハW2、第5の半導体ウェハW5及び第3の半導体ウェハW3等に対して順次施される。第2の半導体ウェハW2、第5の半導体ウェハW5及び第3の半導体ウェハW3の各温度変化は、図6に示すグラフG2、グラフG5及びグラフG3と同様である。
In addition, for example, at time t2 until the first semiconductor wafer W1 is transferred from the
1…気相成長装置、11…反応炉、13a,13b,17a,17b…ゲートバルブ、14a,14b…連結路、15a,15b…昇降温炉、16a…昇温炉、16b…降温炉、18a,18b…連結路、19a,19b…前室、21…搬送部、21a…台車移動レール、21b…カバー部移動レール、23…ガス供給装置、25a,25c,25b…ガス供給部、27a,27c,27b,41a,41b,41c…開閉バルブ、29a,29b,29c,30a,30b,30c…計測器、31a,31b,31c…加熱装置、33a,33b,33c…ガス排気部、35…フィルタ、37…ポンプ、39…除害装置、43…制御装置、51…サセプタ搬送台車、51a,55a…孔部、53…サセプタ、55…プレート、56…半導体ウェハ搬送部、57…排気口、61…カバー部、61a,61b…側壁、63…ガス供給口、65a,65a…搬入搬出口、P1〜P8…ガス供給ライン。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vapor growth apparatus, 11 ... Reactor, 13a, 13b, 17a, 17b ... Gate valve, 14a, 14b ... Connection path, 15a, 15b ... Heating / lowering furnace, 16a ... Heating furnace, 16b ... Temperature reducing furnace, 18a , 18b ... connecting path, 19a, 19b ... front chamber, 21 ... transport section, 21a ... carriage moving rail, 21b ... cover section moving rail, 23 ... gas supply device, 25a, 25c, 25b ... gas supply section, 27a, 27c , 27b, 41a, 41b, 41c ... open / close valve, 29a, 29b, 29c, 30a, 30b, 30c ... measuring instrument, 31a, 31b, 31c ... heating device, 33a, 33b, 33c ... gas exhaust part, 35 ... filter, 37 ... Pump, 39 ... Detoxifying device, 43 ... Control device, 51 ... Susceptor transport carriage, 51a, 55a ... Hole, 53 ... Susceptor, 55 ... Plate, 56 ... Semiconductor E c transport unit, 57 ... exhaust port, 61 ... cover portion, 61a, 61b ... side wall, 63 ... gas inlet, 65a, 65a ... loading opening, P1 to P8 ... gas supply line.
Claims (5)
前記気相成長処理に必要な温度範囲に前記半導体ウェハを昇温し、前記気相成長処理後の半導体ウェハを降温する第1の昇降温炉と、
前記第1の昇降温炉により前記気相成長処理に必要な温度範囲に昇温された半導体ウェハを前記第1の昇降温炉から前記反応炉に搬送し、前記反応炉により前記気相成長処理が行われた半導体ウェハを前記反応炉から前記第1の昇降温炉に搬送する搬送部と
を備え、
前記反応炉は、当該反応炉内の温度を前記気相成長処理に必要な温度範囲に保持しつつ前記気相成長処理を行う、ことを特徴とする気相成長装置。 A reactor for performing vapor phase growth on a semiconductor wafer;
A first heating / cooling furnace that raises the temperature of the semiconductor wafer to a temperature range necessary for the vapor phase growth process and lowers the temperature of the semiconductor wafer after the vapor phase growth process;
The semiconductor wafer heated to the temperature range required for the vapor phase growth process by the first temperature raising and lowering furnace is transferred from the first temperature raising and lowering furnace to the reaction furnace, and the vapor phase growth process is performed by the reaction furnace. And a transfer part for transferring the semiconductor wafer subjected to the process from the reaction furnace to the first heating / cooling furnace,
The vapor phase growth apparatus characterized in that the reaction furnace performs the vapor phase growth process while maintaining a temperature in the reaction furnace in a temperature range necessary for the vapor phase growth process.
前記搬送部は、前記第2の昇降温炉により前記気相成長処理に必要な温度範囲に昇温された半導体ウェハを前記第2の昇降温炉から前記反応炉に搬送し、前記反応炉により前記気相成長処理が行われた半導体ウェハを前記反応炉から前記第2の昇降温炉に搬送する、ことを特徴とする請求項1に記載の気相成長装置。 Further comprising a second heating / cooling furnace that raises the temperature of the semiconductor wafer to a temperature range necessary for the vapor phase growth treatment, and lowers the temperature of the semiconductor wafer after the vapor phase growth treatment;
The transfer unit transfers the semiconductor wafer heated to the temperature range necessary for the vapor phase growth process by the second heating / cooling furnace from the second heating / cooling furnace to the reaction furnace, 2. The vapor phase growth apparatus according to claim 1, wherein the semiconductor wafer subjected to the vapor phase growth process is transferred from the reaction furnace to the second heating / cooling furnace.
前記カバー部は、前記反応炉内にガスを供給する該反応炉に設けられたガス供給部に連通するガス供給口を有する、ことを特徴とする請求項1〜3のうち何れか一項に記載の気相成長装置。 The reaction furnace has a cover part for covering the semiconductor wafer in the reaction furnace and the opening of the gas exhaust part provided in the reaction furnace for exhausting the gas in the reaction furnace,
The said cover part has a gas supply port connected to the gas supply part provided in this reaction furnace which supplies gas in the said reaction furnace, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. The vapor phase growth apparatus described.
前記昇温炉において行われた昇温の後に、前記半導体ウェハを、搬送部を介して前記昇温炉から気相成長処理に必要な温度範囲に予め保持された反応炉に搬送するステップと、
前記反応炉において前記半導体ウェハに気相成長処理を行うステップと、
前記反応炉において行われた前記気相成長処理の後に、前記半導体ウェハを、搬送部を介して前記反応炉から降温炉に搬送するステップと、
前記降温炉において前記半導体ウェハを降温するステップと
を有する、ことを特徴とする気相成長方法。
Raising the temperature of the semiconductor wafer in a temperature raising furnace to a temperature range necessary for vapor phase growth processing;
After the temperature rise performed in the temperature raising furnace, the semiconductor wafer is transferred from the temperature rising furnace to a reaction furnace previously held in a temperature range necessary for vapor phase growth processing via a transfer unit;
Performing a vapor phase growth process on the semiconductor wafer in the reactor;
After the vapor phase growth process performed in the reaction furnace, the semiconductor wafer is transferred from the reaction furnace to the cooling furnace through a transfer unit;
And a step of lowering the temperature of the semiconductor wafer in the temperature lowering furnace.
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