JP2008159790A

JP2008159790A - 気相成長装置

Info

Publication number: JP2008159790A
Application number: JP2006346276A
Authority: JP
Inventors: Akira Jogo; 章城後; Hironobu Hirata; 博信平田
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2008-07-10

Abstract

【課題】本発明は、気相成長装置内の汚染を抑え、被処理ウェーハおよびこれを用いて構成される半導体装置の特性、歩留りの低下を抑えることが可能な気相成長装置を提供する。
【解決手段】ウェーハ上に成膜を行うための反応室１と、反応室下部に設けられ、ウェーハを加熱するためのヒータ２と、ウェーハを保持するための保持機構８と、反応室１上部に設けられ、保持機構８と接続され、ウェーハを回転させるための回転機構１１と、ウェーハ上に反応ガスを供給するためのガス供給機構１４、１５を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばエピタキシャル膜の形成など、気相成長により基板上に薄膜を形成するための気相成長装置に関する。

半導体装置の製造工程などにおいて、例えば、ウェーハ上へのエピタキシャル膜などの薄膜の形成に、気相成長装置が用いられている。

気相成長装置としては、例えば、特許文献１、２に示されるように、反応室内で、ウェーハを反応室下方に設けられた回転手段により高速回転させながら、下部より加熱し、上部より均一にウェーハ上に反応ガスを供給することにより、薄膜を形成する枚葉式の気相成長装置が用いられる。

このような気相成長装置においては、ウェーハを回転させる機構（駆動部）と、ヒータを加熱する機構（電極）が、ともに反応室下方に設けられている。電極は、ウェーハを回転させるための回転軸の中（あるいは外）に設けられ、これらを貫通させる開口部が反応室下部に設けられている。また、反応ガスは反応室上方から供給され、下部に設けられた排出口から排出されている。

このような構造においては、反応室下部に開口部を設けることが必須となる。そのため、成膜時にプロセスガスが駆動部側に流入することにより、駆動部と接続されるベアリングなどの表面に被膜が生成されるが、これが粉化し、パーティクルとなって間隙から拡散して、反応炉内を汚染してしまう。また、反応炉内をクリーニング時に、塩素系ガスなどのクリーニングガスが駆動部側へ流入することにより、軸受けなどの金属部材が腐食し、腐食した金属が同様にパーティクルとなって間隙から拡散し、反応室内を汚染してしまう。

そして、このような反応室内の汚染により、ウェーハ上に形成される薄膜に欠陥や金属汚染が生じ、このウェーハを用いて構成される半導体装置の特性、歩留りを低下させるという問題がある。
特開平９−３６５０号公報特開平１１−６７６７５号公報

上述したように、従来の気相成長装置では、反応室内の汚染により、ウェーハ上に形成される薄膜に欠陥や金属汚染が生じ、ひいては半導体装置の特性、歩留りが低下する、という問題があった。

本発明は、気相成長装置内の汚染を抑え、被処理ウェーハおよびこれを用いて構成される半導体装置の特性、歩留りの低下を抑えることが可能な気相成長装置を提供することを目的とするものである。

本発明の一態様の気相成長装置は、ウェーハ上に成膜を行うための反応室と、反応室下部に設けられ、ウェーハを加熱するためのヒータと、ウェーハを保持するための保持機構と、反応室上部に設けられ、保持機構と接続され、ウェーハを回転させるための回転機構と、ウェーハ上に反応ガスを供給するためのガス供給機構を備えることを特徴とする。

本発明の気相成長装置において、保持機構は、反応室内に設けられ、下部でウェーハを保持するサブチャンバを備え、ガス供給機構は、サブチャンバ内に設けられることが望ましい。

また、本発明の気相成長装置において、サブチャンバは、ウェーハを搬出入するための開口部を有することが望ましい。

また、本発明の気相成長装置において、開口部は、開閉可能であることが望ましい。

また、本発明の気相成長装置において、ガス供給機構は、上下駆動可能であるが望ましい。

本発明によれば、気相成長装置内の汚染を抑え、被処理ウェーハおよびこれを用いて構成される半導体装置の特性、歩留りの低下を抑えられる気相成長装置を提供可能となる。

以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。

（実施形態１）
図１に本実施形態の気相成長装置の断面図を示す。図に示すように、ウェーハｗが成膜処理される反応室１において、ウェーハｗを所定温度に加熱するためのヒータ２が設置されている。このヒータ２は、電極３により反応室１外部に設けられる温度制御手段（図示せず）と接続されている。そして、ウェーハｗを上下に移動させるためのウェーハリフトフォーク４が設置され、これらの周囲には、ヒータ２などへの成膜を抑制するための隔壁５が設けられている。反応室１上部には、反応ガスを導入するための導入口６が、下部側面には、ガスを排出するための排出口７が設けられている。さらに、この隔壁５の上部に配置されるようにサブチャンバ８が設けられている。

サブチャンバ８は、その底部がヒータ２と近接するようにウェーハｗを保持するためのホルダー部９となっている。そして、その側面にはウェーハｗを搬出入するための開口部１０が形成されており、スライドさせることにより、開閉可能となっている。さらに、その上部において、ウェーハを所定速度で回転させるためのモータなどから構成され、反応室１外部に設けられる回転機構１１と接続されている。また、上部に反応室１の導入口６と接続され、反応ガスを導入するため導入口１２が、底部にガスを排出するための排出口１３が設けられている。

導入口１２には、これを貫通するようにガス供給管１４が配置されており、サブチャンバ６内部に設けられ、ウェーハ上に反応ガスを均一に供給するための上下駆動可能なシャワーヘッド１５と接続されている。

このような気相成長装置を用いて、例えばＳｉからなるウェーハｗ上にＳｉエピタキシャル膜を形成する。先ず、例えば１２インチのウェーハｗを、サブチャンバ８の開口部１０を開状態にして、搬送アームなどにより、サブチャンバ６内に搬入する。このとき、予めウェーハリフトフォーク４を上昇させておき、ウェーハｗを載せて、これを下降させることにより、ホルダー部９上に載置する。

そして、サブチャンバ８のホルダー部９上に載置されたウェーハｗ上に、反応室１の導入口６と接続されたサブチャンバ８の導入口１２を通るガス供給管１４を経て、シャワーヘッド１５より反応ガスが供給される。反応ガスは、例えば、キャリアガス：Ｈ_２を２０〜１００ＳＬＭ、成膜ガス：ＳｉＨＣｌ_３を５０ｓｃｃｍ〜２ＳＬＭ、ドーパントガス：Ｂ_２Ｈ_６、ＰＨ_３を微量とする。そして、サブチャンバ８の排出口１３よりサブチャンバ８外部に排出されたガスは、反応室１の排出口７より所定の流量に制御されて排出され、反応室１内の圧力は、例えば１３３３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）〜常圧となるように制御される。

そして、ウェーハｗの温度が均一に例えば１１００℃となるように、ヒータ２を制御しながら、回転機構１１によりウェーハｗを回転させて、ウェーハｗ上にＳｉエピタキシャル膜を形成する。

このように、本実施形態によれば、回転機構１１を反応室１の上部に設けることにより、反応室１下部は電極３の導入のみとなり、ヒータ側即ち高温部での機械的な摺動がなくなるため、回転に伴うパーティクルの発生を抑え、反応室１内の汚染を抑えることができる。

また、従来と同様にウェーハｗを高速回転させながら均一に加熱することができるので、成膜均一性を低下させることなく、ウェーハｗ上に形成されるエピタキシャル膜における欠陥や金属汚染を抑え、このウェーハｗを用いて構成される半導体装置の特性、歩留りの低下を抑えることが可能となる。

さらに、サブチャンバ８内にウェーハｗを載置し、同じくサブチャン８バ内にシャワーヘッド１５を設けて、反応ガスを供給することにより気相成長を行っているが、反応ガスの反応室１全体への拡散を抑え、ウェーハｗ上に効率的に反応ガスを供給することができるため、ガスの流量を例えば２０％程度落とすことができ、生産コストの低減を図ることが可能となる。また、反応ガスの流れの外で形成されたパーティクルが落下することによるウェーハｗの汚染を抑制することができる。そして、ガス供給管１４に駆動機構を設け、成膜時にシャワーヘッド１５をウェーハｗに近づけて反応ガスを供給することにより、より効率的な反応ガスの供給が可能となる。

また、サブチャンバ８の開口部１０は、スライドすることにより開閉しているが、開閉方法は特に限定されるものではなく、周方向または上下方向にスライドさせることにより開閉できるような構造であれば良い。例えばサブチャンバ８を、互いに少なくともウェーハ径の幅の開口部が形成された上下２つのパーツから構成し、これを回転または上下にスライドさせて開口部を合わせることにより、開閉しても良い。

（実施形態２）
図２に本実施形態の気相成長装置の断面図を示す。本実施形態においては、実施形態１におけるサブチャンバ８に相当する部分を、ウェーハｗを保持する中持具１６と、外カバー１７とした構成となっており、その他の部分は実施形態１と同様である。

中持具１６は、上段に設けられシャワーヘッド１５と接続されるガス供給管１４を貫通させるための開口部を有し回転機構１１と接続される回転機構接続部１６ａと、下段に設けられウェーハｗを保持するためのホルダー部１６ｂと、これらを所定の距離で接続する例えば３本の接続部１６ｃから構成されている。また、外カバー１７は、上下駆動可能となっており、下部が開放された構造となっている。

そして、外カバー１７を上昇させ、実施形態1と同様にして、搬送アームなどにより、ウェーハｗを搬入する。そして、実施形態1と同様にして、回転機構１１によりウェーハｗを回転させながら、ヒータ２により加熱し、シャワーヘッド１５を必要に応じてウェーハｗに近づけて反応ガスを供給することにより、実施形態１と同様に、ウェーハｗ上にＳｉエピタキシャル膜を形成することができる。

このように、本実施形態によれば、実施形態１と同様に、回転機構１１を反応室１の上部に設けることにより、反応室１下部は電極３の導入のみとなり、ヒータ側即ち高温部での機械的な摺動がなくなるため、回転に伴うパーティクルの発生を抑え、反応室１内の汚染を抑えることができる。

なお、本実施形態において、外カバー１７は、必ずしも設置しなくても良いが、設置することにより、シャワーヘッド１５より供給される反応ガスの反応室１全体への拡散を抑え、ウェーハｗ上に効率的に反応ガスを供給することができるため、反応ガスの供給量が削減され、生産コストの低減を図ることが可能となる。また、反応ガスの流れの外で形成されたパーティクルが落下することによるウェーハｗの汚染を抑制することができる。そして、下部が開放されているため、ガス流が回ることなく排出される。なお、外カバー１７を上昇させることにより、ウェーハｗを搬出入することができる。

これら実施形態によれば、ウェーハおよびウェーハより素子形成工程および素子分離工程を経て構成される半導体装置において、歩留りや素子特性を低下させることなく、スループットの向上を図ることが可能となる。特に、Ｎ型ベース領域、Ｐ型ベース領域や、絶縁分離領域などに数１０μｍ〜１００μｍ程度の厚膜が用いられるパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などのパワー半導体装置の厚膜形成プロセスに適用することにより、プロセスコストの大幅な削減が可能となる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、Ｓｉ基板上にエピタキシャル膜形成の場合を説明したが、ポリＳｉ層形成時にも適用でき、他の化合物半導体例えばＧａＡｓ層、ＧａＡｌＡｓやＩｎＧａＡｓなどにも適用可能である。また、ＳｉＯ_２膜やＳｉ_３Ｎ_４膜形成の場合にも適用可能で、ＳｉＯ_２膜の場合、モノシラン（ＳｉＨ_４）の他、Ｎ_２、Ｏ_２、Ａｒガスを、Ｓｉ_３Ｎ_４膜の場合、モノシラン（ＳｉＨ_４）の他、ＮＨ_３、Ｎ_２、Ｏ_２、Ａｒガスなどを供給することになる。さらに、その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一態様に係る気相成長装置の断面図。本発明の一態様に係る気相成長装置の断面図。

符号の説明

１…反応室、２…ヒータ、３…電極、４…ウェーハリフトフォーク、５…隔壁、６…導入口、７…排出口、８…サブチャンバ、９…ホルダー部、１０…開口部、１１…回転機構、１２…導入口、１３…排出口、１４…ガス供給管、１５…シャワーヘッド、１６…中持具、１７…外カバー

Claims

ウェーハ上に成膜を行うための反応室と、
前記反応室下部に設けられ、前記ウェーハを加熱するためのヒータと、
前記ウェーハを保持するための保持機構と、
前記反応室上部に設けられ、前記保持機構と接続され、前記ウェーハを回転させるための回転機構と、
前記ウェーハ上に反応ガスを供給するためのガス供給機構を備えることを特徴とする気相成長装置。
前記保持機構は、前記反応室内に設けられ、下部でウェーハを保持するサブチャンバを備え、
前記ガス供給機構は、前記サブチャンバ内に設けられることを特徴とする請求項1に記載の気相成長装置。
前記サブチャンバは、前記ウェーハを搬出入するための開口部を有することを特徴とする請求項２に記載の気相成長装置。
前記開口部は、開閉可能であることを特徴とする請求項３に記載の気相成長装置。
前記ガス供給機構は、上下駆動可能であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の気相成長装置。