JP2009059994A - エピタキシャル成長炉とその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルの先端部への生成物の付着を低減し、かつ生成物のクリーニングが容易にできるエピタキシャル成長炉とその運転方法を提供する。
【解決手段】ガス供給ノズル１４が、半導体ウエハ１の直径幅にわたり材料ガス２及びキャリアガス３を成長対象表面に沿って噴出するメインノズル１５ａと、半導体ウエハの直径幅にわたりメインノズルの外表面に沿って材料ガスと同一方向にキャリアガス３を噴出するサブノズル１５ｂとを有する。成膜時に、成長対象表面に沿って、メインノズル１５ａから所定の材料ガス２及びキャリアガス３を、サブノズル１５ｂからキャリアガス３を、それぞれ上部から下部へ層流状態で流してエピタキシャル層を形成させ、クリーニング時に、成長対象表面に沿って、メインノズル１５ａ及びサブノズル１５ｂからクリーニングガス４を、それぞれ上部から下部へ流してメインノズル１５ａの内面と外面の生成物を分解除去する。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウエハの表面にエピタキシャル成長層を形成するエピタキシャル成長炉とその運転方法に関する。

現在、高温に加熱されたシリコン基板上に水素ガスをキャリアガスとして、シリコンソースガスを供給し、基板上でＨ−Ｓｉ−Ｃｌ系の反応を通じてシリコン単結晶を堆積、成長させるＨ−Ｓｉ−Ｃｌ系ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法がシリコンエピタキシャル成長方法として広く研究、応用されている。

このようなエピタキシャル成長には、対象となる半導体ウエハをシールドチャンバ内のサセプタ上に保持し、例えば、輻射加熱方式で加熱しつつ材料ガスをチャンバ内に送り込む構成を持った成長炉装置が用いられている。材料ガスは、半導体ウエハの成長対象表面に供給され、その表面上にエピタキシャル成長層が形成される。

なお、近年、半導体ウエハの大口径化に伴って、反応炉の大型化も当然避けられないものとなっている。そこで、大口径ウエハ用の成長炉としては枚葉式が一般的となっている。これは、枚葉処理であるので反応室自体はコンパクトにでき、また、加熱条件、ガス流分布等の設計が容易でエピタキシャル膜特性の均一性を高くできる。

さらに、反応室をよりコンパクトにできると共に、ウエハの結晶欠陥の一原因となる自重による反りを防止でき、また１枚以上の半導体ウエハの同時処理が可能な縦置き型も検討されている。この縦置き型では、半導体ウエハを表面が垂直面内に沿うように立てて置き、半導体ウエハの成長対象表面と平行な上下方向あるいは横方向に材料ガスを流通させることによって半導体ウエハの表面上にエピタキシャル層を形成している。

なお上述した縦置き型のエピタキシャル成長炉の一例として、非特許文献１、特許文献１、および特許文献２が既に開示されている。また、本発明に関連する技術として、特許文献３が既に開示されている。

非特許文献１に開示されたエピタキシャル成長炉は、図５に模式的に示すように、２枚のウエハ５１が石英バネ５２によりホルダ５３に立てた状態でセットされ、ウエハとホルダは回転テーブル５４に固定され一体となって回転する。２個のヒータ５５がウエハを挟むように配置されウエハ全体を均一かつ高温に加熱する。ガス導入ノズル５６は、複数に分割されており、それぞれ個別にガス流量を制御する。ＳｉＨ_４とＨ_２の混合ガスが、ウエハを囲むように配置されたガス導入ノズル５６と排気ノズル５７により、２枚のウエハの反応領域のみを流れ、ウエハ上にエピタキシャル成長を行うものである。

特許文献１の「エピタキシャル成長炉」は、ウエハ周辺に堆積した反応生成物がウエハ成長対象表面を汚染することのない材料ガス供給手段を備えたエピタキシャル成長炉であり、図６に模式的に示すように、互いの成長対象表面が平行に対面するように保持された一対の半導体ウエハ６０が、先端開口部がウエハ外周形状に合わせた上方略半円の円弧状に延在する材料ガス供給ノズル６６と、先端開口部が材料ガス供給ノズルの先端開口部と対向するウエハ外周形状に合わせた残りの下方略半円の円弧状に延在する材料ガス排気ノズル６７とによって全外周が環状に覆われ、両ウエハの成長対象表面同士間には、周囲から独立した反応空間が形成され、材料ガス供給ノズル６６と材料ガス排気ノズル６７との間に上部から下部へ流れる材料ガスの層流が形成されるものである。

特許文献２の「エピタキシャル成長炉」は、２枚同時処理用の縦置き型反応チャンバ内に、一対の半導体ウエハ６０を所定の間隔を持って配置できるエピタキシャル成長炉であり、図７に模式的に示すように、一対の半導体ウエハ６０をそれぞれ垂直面内で着脱可能に保持する一対のウエハ保持手段６１のうち、少なくとも一方のウエハ保持手段６１を水平方向に変位させて半導体ウエハ６０の間隙を広げ又は狭める移動機構６２を備えたものである。

また、特許文献３の気相成長装置は、ガス供給用ノズル７０を好適に清浄化することを目的とし、図８に模式的に示すように、気相成長の際に反応雰囲気内に突出して気相成長用ガスを基板の主表面上に供給するガス供給用ノズル７０を備え、ガス供給用ノズル７０の外周面７４に沿って、堆積物を分解除去するための清浄化用ガス７５を供給するものである。

今井正人、高田清司、「４００ｍｍシリコンウェーハとエピタキシャル成長」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．（真空）、Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．１２，２００１

特許第３２７３２４７号公報、「エピタキシャル成長炉」 特許第３３１８７４１号公報、「エピタキシャル成長炉」 特開２００３−２８２４５３号公報、「ガス供給用ノズルの清浄化方法および気相成長装置」

上述したように半導体産業において現在広く用いられているＣＶＤ法（化学的気相成長法）では、材料ガス（シリコンソースガス）は、基板に近づけたノズル（例えば材料ガス供給ノズル６６）から噴出して供給されるために、輻射熱によりノズルも温度が上がり、ノズル表面に材料ガスの生成物が堆積する。この堆積した生成物は、剥がれて基板上に付着すると欠陥を生じるため、定期的にノズルのクリーニングが必要となる。

図９は、上述した従来のエピタキシャル成長炉の作動説明図であり、（Ａ）は成膜時、（Ｂ）はクリーニング時を示している。この図において、ａは基板（ウエハ）、ｂは基板ホルダ、ｃはヒータ、ｄはガス導入ノズル、ｅはガス排気ノズル、ｆは材料ガス、ｇは材料ガスの漏れガス、ｈはクリーニングガスである。

図９（Ａ）に示すように、基板ホルダｂは基板の中心軸（水平軸）を中心に回転するため、基板ホルダｂとガス導入ノズルｄの間には、必然的に間隙がある。成膜時に材料ガスｆの大部分は基板ａの間を下降するが、一部の漏れガスｇがこの間隙を逆に上向きに流れる。ノズルｄは、一般に石英で作られ、ノズル内面は、低温の材料ガスｇが流れるので温度が低く保たれるが、ノズル外面はヒータｃからの輻射熱により高温となっている。そのため、生成物は、ノズルの内面のみならず外面にも堆積しやすい傾向がある。

図９（Ｂ）に示すように、クリーニング時にノズルｄにエッチング性のクリーニングガスｈ（例えばＨＣｌガス）を流して、ノズルに堆積した生成物を分解除去する。この場合、ノズル内面の堆積物は、クリーニングガスｈと直接接触するので除去しやすいが、外面に堆積した生成物は、ガスと直接触れず、クリーニングガスｈの漏れガスでクリーニングするので、除去が難しい。
特にこの傾向は、材料ガスｆがＳｉＨ_４の場合に比べ、ＳｉＨ_４とＧｅＨ_４の混合ガスを用いる場合に顕著であり、生成物の分解除去が一層難しくなっていた。

そのため、従来は、ノズル外面に生成物が残留し、その剥離により悪影響を受けるおそれがあり、連続成膜回数をＳｉＨ_４の場合に１０回程度、ＳｉＨ_４とＧｅＨ_４の混合ガスの場合には５回程度（それぞれ条件により異なる）に制限し、クリーニングガスによるクリーニングを行っていた。しかしクリーニングガスでは、ノズル外面の生成物を完全に除去することは難しく、何回か繰り返した後に、装置を分解して部品毎にクリーニングしていた。そのため、クリーニングのための停止時間が長く、装置の稼働率が低い問題点があった。

本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、材料ガスを導入するノズルの先端部（特にノズル外面）への生成物の付着を大幅に低減し、かつ生成物のクリーニングが容易にでき、これにより装置を分解せずに成膜できる連続成膜回数を大幅に増加でき、装置の稼働率を高めることができるエピタキシャル成長炉とその運転方法を提供することにある。

本発明によれば、一対の半導体ウエハの成長対象表面を互いに平行かつ鉛直に保持するウエハ保持手段と、
前記ウエハ保持手段の上方に位置し、一対の半導体ウエハの上部隙間から所定の材料ガス及びキャリアガスを下向きに供給するガス供給ノズルと、
前記ウエハ保持手段の下方に位置し、一対の半導体ウエハの下部隙間から消費されずに残った残留ガスを排気するガス排気ノズルとを備え、
前記半導体ウエハ、ウエハ保持手段、ガス供給ノズル、及びガス排気ノズルにより、前記半導体ウエハの成長対象表面を囲む反応空間が構成され、
前記ガス供給ノズルは、半導体ウエハの直径幅にわたり材料ガス及びキャリアガスを成長対象表面に沿って噴出するメインノズルと、半導体ウエハの直径幅にわたりメインノズルの外表面に沿って材料ガスと同一方向にキャリアガスと同一のパージガスを噴出するサブノズルとを有し、
半導体ウエハの成長対象表面に沿って所定の材料ガス及びキャリアガスを上部から下部へ層流状態で流し成長対象表面にエピタキシャル層を形成させる、ことを特徴とするエピタキシャル成長炉が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記メインノズルの下端開口部は、前記反応空間内の半導体ウエハの外縁に沿って位置し、
前記サブノズルの下端開口部は、メインノズルの前記下端開口部より上流側に位置する。

また、前記メインノズルに、材料ガス及びキャリアガス又はクリーニングガスを排他的に切換えて供給するメインガス切換装置と、
前記サブノズルに、パージガス又はクリーニングガスを排他的に切換えて供給するサブガス切換装置とを備える。

また本発明によれば、一対の半導体ウエハの成長対象表面を互いに平行かつ鉛直に保持するウエハ保持手段と、
前記ウエハ保持手段の上方に位置し、一対の半導体ウエハの上部隙間から所定の材料ガス及びキャリアガスを下向きに供給するガス供給ノズルと、
前記ウエハ保持手段の下方に位置し、一対の半導体ウエハの下部隙間から消費されずに残った残留ガスを排気するガス排気ノズルとを備え、
前記半導体ウエハ、ウエハ保持手段、ガス供給ノズル、及びガス排気ノズルにより、前記半導体ウエハの成長対象表面を囲む反応空間が構成され、
前記ガス供給ノズルは、半導体ウエハの直径幅にわたり材料ガス及びキャリアガスを成長対象表面に沿って噴出するメインノズルと、半導体ウエハの直径幅にわたりメインノズルの外表面に沿って材料ガスと同一方向にパージガスを噴出するサブノズルとを有し、エピタキシャル成長炉の運転方法であって、
成膜時に、半導体ウエハの成長対象表面に沿って、メインノズルから所定の材料ガス及びキャリアガスを、サブノズルからパージガスを、それぞれ上部から下部へ層流状態で流して成長対象表面にエピタキシャル層を形成させ、メインノズルの外側の生成物の付着を低減し、
クリーニング時に、半導体ウエハの成長対象表面に沿って、メインノズル及びサブノズルからクリーニングガスを、それぞれ上部から下部へ流してメインノズルの内面と外面の生成物を分解除去する、ことを特徴とするエピタキシャル成長炉の運転方法が提供される。

上記本発明の装置によれば、ガス供給ノズルが、メインノズルとサブノズルとを有し、サブノズルで半導体ウエハの直径幅にわたりメインノズルの外表面に沿って材料ガスと同一方向にキャリアガスと同一のパージガスを噴出するので、メインノズルの外表面にパージガスの流れを材料ガスと同一方向に形成し、メインノズルの外表面に沿った材料ガスの逆流を防止し、同時にメインノズルの外表面をフィルム冷却することができる。
従って、メインノズルの外表面との材料ガスの接触と、メインノズルの外表面における材料ガスの加熱の両方を低減することができ、クリーニングしにくいメインノズルの外表面への生成物の堆積を大幅に低減することができる。

また、メインノズルの外表面がサブノズルからのパージガスでフィルム冷却されるので、メインノズルの内表面の温度も低下し、内表面への生成物の堆積を大幅に低減することができる。

また上記本発明の方法によれば、成膜時に、半導体ウエハの成長対象表面に沿って、メインノズルから所定の材料ガス及びキャリアガスを、サブノズルからパージガスを、それぞれ上部から下部へ層流状態で流して成長対象表面にエピタキシャル層を形成させるので、メインノズルの外表面に沿った材料ガスの逆流を防止し、材料ガスのメインノズル外表面への回り込みを防ぎ、生成物の堆積を大幅に低減することができる。

また、クリーニング時に、半導体ウエハの成長対象表面に沿って、メインノズル及びサブノズルからクリーニングガスを、それぞれ上部から下部へ流してメインノズルの内面と外面の生成物を分解除去するので、メインノズルの外表面に少量堆積する場合でも、クリーニングガスをノズル内側と同様に外側にも流し、ノズルの内外両面に付着した堆積物を分解除去することができる。

従ってクリーニングしにくいメインノズルの外表面への堆積を防止し、万一、堆積した場合には、クリーニングガスを用いて効率よく分解除去できるので、堆積物の剥離による欠陥発生を防止でき、クリーニングの頻度を減らすことができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明によるエピタキシャル成長炉の全体構成図である。この図において、本発明のエピタキシャル成長炉１０は、ウエハ保持手段１２、ガス供給ノズル１４、ガス排気ノズル１６、ヒータ１８、及び真空チャンバ２０を備える。

ウエハ保持手段１２は、一対のウエハホルダ１２ａと一対の回転ハウジング１２ｂからなり、一対の半導体ウエハ１の成長対象表面（この図で対向する内面）を互いに平行かつ鉛直に保持する。
この例においてウエハホルダ１２ａは、例えば石英バネ（図示せず）により半導体ウエハ１の外周部を保持するリング状円板部材であり、回転ハウジング１２ｂは、ウエハホルダ１２ａを内側に固定する中空リング状部材である。

回転ハウジング１２ｂは、その外縁の少なくとも３箇所を支持ローラ１３により支持され、これを回転駆動する駆動装置（図示せず）により、回転ハウジング１２ｂを水平な中心軸を中心に回転駆動する。
上述した１対のウエハ保持手段１２のうち少なくとも一方は、この図で左右方向に水平移動可能に構成されており、半導体ウエハ１を保持したウエハホルダ１２ａを容易に取り出すことができるようになっている。

ガス供給ノズル１４は、ウエハ保持手段１２の上方に位置し、真空チャンバ２０の外部から所定の材料ガス２及びキャリアガス３を導入し、一対の半導体ウエハ１の上部隙間から材料ガス２及びキャリアガス３を下向きに供給する。
材料ガス２として、ＳｉＣｌ_４，ＳｉＨＣｌ_３，ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨ_４、ＧｅＨ_４等を用いることができる。また、キャリアガス３として、例えばＨ_２を用いる。

ガス排気ノズル１６は、ウエハ保持手段１２の下方に位置し、半導体ウエハ１の下部隙間から材料ガス２及びキャリアガス３の残留分を真空チャンバ２０の外部へ排出する。

ヒータ１８は、円筒形状であり、回転ハウジング１２ｂの内側にウエハホルダ１２ａに近接して位置し、半導体ウエハ１を外側から輻射熱で加熱する。

真空チャンバ２０は、上述したウエハ保持手段１２、ガス供給ノズル１４、ガス排気ノズル１６、及びヒータ１８を気密に囲む容器であり、図示しない真空排気装置により内部を所定の圧力に制御できるようになっている。この真空チャンバ２０の少なくとも一部は分離又は取り外しでき、内部の半導体ウエハ１を保持したウエハホルダ１２ａを交換し、或いはその他の部品を取り出すことができるようになっている。

上述した構成により、半導体ウエハ１の成長対象表面に沿って所定の材料ガス２及びキャリアガス３を上部から下部へ層流状態で流し、ヒータ１８でウエハ全体を均一かつ高温に加熱して成長対象表面にエピタキシャル層を形成させることができる。

図２は、図１のＡ−Ａ矢視図である。この図に示すように、上述した半導体ウエハ１、ウエハ保持手段１２、ガス供給ノズル１４、及びガス排気ノズル１６により、半導体ウエハ１の成長対象表面１ａを囲む反応空間１１が構成される。

この例において、ガス供給ノズル１４は、下端部が一対のウエハホルダ１２ａの上部隙間に挿入される供給ノズルヘッド１４ａと、供給ノズルヘッド１４ａの両側面に連結され上下に延びるサイドプレート１４ｂと、ノズルヘッド１４ａの上部に連結されたガスマニホールド１４ｃとからなる。

ガスマニホールド１４ｃには、真空チャンバ２０の外部に連通するガス供給管１７ａ，１７ｂが連結されている。ガス供給管１７ａは後述するメインガス切換装置２２に接続され、ガス供給管１７ｂは後述するサブガス切換装置２４に接続され、それぞれメインガス５、サブガス６をガスマニホールド１４ｃに供給する。

ガスマニホールド１４ｃは供給されたメインガス５、サブガス６をノズルヘッド１４ａの所定の供給口に独立に供給する。
なお供給ノズルヘッド１４ａとサイドプレート１４ｂは、一体に形成され、内面全体が半導体ウエハ１の上部半分を囲む半円形であってもよい。

ガス排気ノズル１６は、ウエハ保持手段１２の下方に位置する排気ノズルヘッド１６ａと、排気ノズルヘッド１６ａの両側面に連結され上下に延びるサイドプレート１６ｂと、排気ノズルヘッド１６ａの下部に連結されたガスマニホールド１６ｃとからなる。

排気ノズルヘッド１６ａは、その上端が一対の半導体ウエハ１の下端に近接して位置する。なお排気ノズルヘッド１６ａの上端部を一対のウエハホルダ１２ａの下部隙間に挿入してもよい。
なお排気ノズルヘッド１６ａとサイドプレート１６ｂは、一体に形成され、内面全体が半導体ウエハ１の下部半分を囲む半円形であってもよい。

ガスマニホールド１６ｃには、真空チャンバ２０の外部に連通するガス排気管１９が連結されている。ガス排気管１９は図示しないガス吸引装置及びガス処理装置に連結されている。
真空チャンバ２０は、図示しない真空装置により所定の圧力に保持される。

上述した構成により、半導体ウエハ１の成長対象表面１ａを囲む反応空間１１は、上下が円弧状の薄い小判型空間となる。反応空間１１は、ウエハホルダ１２ａとガス供給ノズル１４、及びウエハホルダ１２ａとガス排気ノズル１６の間に干渉を避けるためにわずかな隙間があるが、実質的に独立した空間となる。
従って、半導体ウエハ１の成長対象表面１ａに沿って所定の材料ガス及びキャリアガスを反応空間１１の上部から下部へ層流状態で流し、ヒータ１８でウエハ全体を均一かつ高温に加熱することにより、成長対象表面１ａにエピタキシャル層を形成させることができる。

図３はガス供給ノズルの斜視図である。この図はガス供給ノズル１４の供給ノズルヘッド１４ａを示している。
ガス供給ノズル１４は、メインノズル１５ａとサブノズル１５ｂとを有する。

メインノズル１５ａは、半導体ウエハ１の直径幅にわたり材料ガス及びキャリアガスを成長対象表面に沿って噴出する。この例で、メインノズル１５ａの下端開口部は、反応空間１１内の半導体ウエハ１の外縁に沿って円弧状に位置する。
またメインノズル１５ａは、直径幅方向に複数（例えば５箇所）に分割され、それぞれ独立に制御され、直径幅にわたり均一な流れを形成できるようになっているのがよい。

サブノズル１５ｂは、半導体ウエハ１の直径幅にわたりメインノズル１５ａの外表面に沿って材料ガスと同一方向にパージガスを噴出する。この例で、サブノズル１５ｂの下端開口部は、メインノズル１５ａの下端開口部より上流側に位置する。
またメインノズル１５ａも、直径幅方向に複数（例えば５箇所）に分割され、それぞれ独立に制御され、直径幅にわたり均一な流れを形成できるようになっているのがよい。
なお、本発明はこの構成に限定されず、メインノズル１５ａの下端開口部を複数の噴出口で構成してもよい。

図１において、本発明のエピタキシャル成長炉１０は、さらにメインガス切換装置２２とサブガス切換装置２４を備える。
メインガス切換装置２２は、真空チャンバ２０の外部に設置され、材料ガス２及びキャリアガス３又はクリーニングガス４を排他的に切換えて、ガスマニホールド１４ｃを介しメインノズル１５ａに供給する。なおメインガス切換装置２２は、メインノズル１５ａの分割数に応じてそれぞれ独立に制御可能に構成するのがよい。
サブガス切換装置２４は、パージガス又はクリーニングガス４を排他的に切換えて、ガスマニホールド１４ｃを介しサブノズル１５ｂに供給する。なおサブガス切換装置２４は、サブノズル１５ｂの分割数に応じてそれぞれ独立に制御可能に構成するのがよい。

図４は、本発明の方法を示す模式図であり、（Ａ）は成膜時、（Ｂ）はクリーニング時を示している。
上述した装置を用い、本発明の方法では、成膜時（Ａ）に、半導体ウエハ１の成長対象表面に沿って、メインノズル１５ａから所定の材料ガス２及びキャリアガス３を、サブノズル１５ｂからパージガス３を、それぞれ上部から下部へ層流状態で流して成長対象表面にエピタキシャル層を形成させる。
また、クリーニング時（Ｂ）に、半導体ウエハ１の成長対象表面に沿って、メインノズル１５ａ及びサブノズル１５ｂからクリーニングガス４を、それぞれ上部から下部へ流してメインノズル１５ａの内面と外面の生成物を分解除去する。

以下、本発明の実施例を説明する。

ＳｉＨ_４を材料ガス２として、Ｈ_２をキャリアガス３として供給し、Ｓｉ基板（半導体ウエハ１）上にＳｉをエピタキシャル成長させた。

（従来例）
サブノズル１５ｂのない従来のガス供給ノズルを用い、ＳｉＨ_４：５０ｓｃｃｍとＨ_２：１０ｓｌｍの混合ガスを、圧力５０ｔｏｒｒ、Ｓｉ基板温度８００℃にて、約１μｍのＳｉ膜をエピタキシャル成長させた。従来のガス供給ノズルを用いてこのエピタキシャル成長を２０回繰り返すと、ノズルに付着した生成物が剥離し、成長膜に欠陥が発生した。
（本発明）
上述した本発明のガス供給ノズル１４を使用し、メインガス５をＳｉＨ_４：５０ｓｃｃｍとＨ_２：８ｓｌｍの混合ガスとし、サブガス６としてノズル外壁のサブノズル１５ｂに１ｓｌｍずつ計２ｓｌｍのＨ_２を流した。他の条件は同じである。本発明の場合、同一条件で、５０回の成膜を繰り返すことができ、生成物の剥離、成長膜の欠陥は発生しなかった。

ＳｉＨ_４とＧｅＨ_４の混合ガス（材料ガス２）を、Ｈ_２をキャリアガス３として供給し、Ｓｉ基板（半導体ウエハ１）上にＳｉＧｅをエピタキシャル成長させた。
（従来例）
サブノズル１５ｂのない従来のガス供給ノズルを用い、ＳｉＨ_４：５ｓｃｃｍ、ＧｅＨ_４：１ｓｃｃｍとＨ_２：２ｓｌｍの混合ガスを、圧力５ｔｏｒｒ、Ｓｉ基板温度７００℃にて、約５０ｎｍのＳｉＧｅ膜をエピタキシャル成長させた。従来のガス供給ノズルを用いてこのエピタキシャル成長を１０回繰り返すと、ノズルに付着した生成物が剥離し、成長膜に欠陥が発生した。
（本発明）
本発明のガス供給ノズル１４を使用し、メインガス５をＳｉＨ_４：５ｓｃｃｍ、ＧｅＨ_４：１ｓｃｃｍとＨ_２：１．６ｓｌｍの混合ガスとし、サブガス６としてノズル外壁のサブノズル１５ｂに２００ｓｃｃｍずつ計４００ｓｃｃｍのＨ_２を流した。他の条件は同じである。本発明の場合、同一条件で、２０回の成膜を繰り返すことができ、生成物の剥離、成長膜の欠陥は発生しなかった。

また、クリーニングは、実施例１，２ともに、ＨＣＬとＨ２の混合ガス（５ｓｌｍ／５ｓｌｍ）により基板の温度を９００℃、圧力５０ｔｏｒｒにて行ったところ、従来の構造のノズルでは、処理時間が１０ｍｉｎ必要であったが、同じ混合ガスを、ノズル外壁に１ｓｌｍずつ計２ｓｌｍ流すことにより、５ｍｉｎ以下に短縮できた。処理時間が短くなることにより、装置へのＨＣＬによる腐食等の悪影響を低減できる。

上述した本発明の装置によれば、ガス供給ノズル１４が、メインノズル１５ａとサブノズル１５ｂとを有し、サブノズル１５ｂで半導体ウエハ１の直径幅にわたりメインノズル１５ａの外表面に沿って材料ガス２と同一方向にパージガス３を噴出するので、メインノズル１５ａの外表面にパージガス３の流れを材料ガスと同一方向に形成し、メインノズル１５ａの外表面に沿った材料ガス２の逆流を防止し、同時にメインノズル１５ａの外表面をフィルム冷却することができる。従って、メインノズル１５ａの外表面との材料ガス２の接触と、メインノズル１５ａの外表面における材料ガス２の加熱の両方を低減することができ、クリーニングしにくいメインノズル１５ａの外表面への生成物の堆積を大幅に低減することができる。

また、メインノズル１５ａの外表面がサブノズルからのパージガス３でフィルム冷却されるので、メインノズル１５ａの内表面の温度も低下し、内表面への生成物の堆積を大幅に低減することができる。

また上述した本発明の方法によれば、成膜時に、半導体ウエハ１の成長対象表面に沿って、メインノズル１５ａから所定の材料ガス２及びキャリアガス３を、サブノズル１５ｂからパージガス３を、それぞれ上部から下部へ層流状態で流して成長対象表面にエピタキシャル層を形成させるので、メインノズル１５ａの外表面に沿った材料ガス２の逆流を防止し、材料ガス２のメインノズル外表面への回り込みを防ぎ、生成物の堆積を大幅に低減することができる。なおここでパージガスとは、キャリアガスと同じもので、ここではＨ_２である。

また、クリーニング時に、半導体ウエハ１の成長対象表面に沿って、メインノズル１５ａ及びサブノズル１５ｂからクリーニングガス（ＨＣｌ）４を、それぞれ上部から下部へ流してメインノズル１５ａの内面と外面の生成物を分解除去するので、メインノズル１５ａの外表面に少量堆積する場合でも、クリーニングガスをノズル内側と同様に外側にも流し、メインノズルの内外両面に付着した堆積物を分解除去することができる。

従ってクリーニングしにくいメインノズルの外表面への堆積を防止し、万一、堆積した場合には、クリーニングガスを用いて効率よく分解除去できるので、堆積物の剥離による欠陥発生を防止でき、クリーニングの頻度を減らすことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。

本発明によるエピタキシャル成長炉の全体構成図である。 図１のＡ−Ａ矢視図である。 ガス供給ノズルの斜視図である。 本発明の方法を示す模式図である。 非特許文献１に開示されたエピタキシャル成長炉の模式図である。 特許文献１の「エピタキシャル成長炉」の模式図である。 特許文献２の「エピタキシャル成長炉」の模式図である。 特許文献３の気相成長装置の模式図である。 従来の「エピタキシャル成長炉」の作動説明図である。

符号の説明

１ 半導体ウエハ、１ａ 成長対象表面、２ 材料ガス、
３ キャリアガス(パージガス)、４ クリーニングガス、
５ メインガス、６ サブガス、
１０ エピタキシャル成長炉、１１ 反応空間、
１２ ウエハ保持手段、１２ａ ウエハホルダ、
１２ｂ 回転ハウジング、１３ 支持ローラ、
１４ ガス供給ノズル、１４ａ 供給ノズルヘッド、
１４ｂ サイドプレート、１４ｃ ガスマニホールド、
１６ ガス排気ノズル、１６ａ 排気ノズルヘッド、
１６ｂ サイドプレート、１６ｃ ガスマニホールド、
１７ａ，１７ｂ ガス供給管、１８ ヒータ、
１９ ガス排気管、２０ 真空チャンバ、
２２ メインガス切換装置、２４ サブガス切換装置

Claims (4)

1. 一対の半導体ウエハの成長対象表面を互いに平行かつ鉛直に保持するウエハ保持手段と、
   前記ウエハ保持手段の上方に位置し、一対の半導体ウエハの上部隙間から所定の材料ガス及びキャリアガスを下向きに供給するガス供給ノズルと、
   前記ウエハ保持手段の下方に位置し、一対の半導体ウエハの下部隙間から消費されずに残った残留ガスを排気するガス排気ノズルとを備え、
   前記半導体ウエハ、ウエハ保持手段、ガス供給ノズル、及びガス排気ノズルにより、前記半導体ウエハの成長対象表面を囲む反応空間が構成され、
   前記ガス供給ノズルは、半導体ウエハの直径幅にわたり材料ガス及びキャリアガスを成長対象表面に沿って噴出するメインノズルと、半導体ウエハの直径幅にわたりメインノズルの外表面に沿って材料ガスと同一方向にキャリアガスと同一のパージガスを噴出するサブノズルとを有し、
   半導体ウエハの成長対象表面に沿って所定の材料ガス及びキャリアガスを上部から下部へ層流状態で流し成長対象表面にエピタキシャル層を形成させる、ことを特徴とするエピタキシャル成長炉。
2. 前記メインノズルの下端開口部は、前記反応空間内の半導体ウエハの外縁に沿って位置し、
   前記サブノズルの下端開口部は、メインノズルの前記下端開口部より上流側に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル成長炉。
3. 前記メインノズルに、材料ガス及びキャリアガス又はクリーニングガスを排他的に切換えて供給するメインガス切換装置と、
   前記サブノズルに、パージガス又はクリーニングガスを排他的に切換えて供給するサブガス切換装置とを備える、ことを特徴とする請求項２に記載のエピタキシャル成長炉。
4. 一対の半導体ウエハの成長対象表面を互いに平行かつ鉛直に保持するウエハ保持手段と、
   前記ウエハ保持手段の上方に位置し、一対の半導体ウエハの上部隙間から所定の材料ガス及びキャリアガスを下向きに供給するガス供給ノズルと、
   前記ウエハ保持手段の下方に位置し、一対の半導体ウエハの下部隙間から消費されずに残った残留ガスを排気するガス排気ノズルとを備え、
   前記半導体ウエハ、ウエハ保持手段、ガス供給ノズル、及びガス排気ノズルにより、前記半導体ウエハの成長対象表面を囲む反応空間が構成され、
   前記ガス供給ノズルは、半導体ウエハの直径幅にわたり材料ガス及びキャリアガスを成長対象表面に沿って噴出するメインノズルと、半導体ウエハの直径幅にわたりメインノズルの外表面に沿って材料ガスと同一方向にパージガスを噴出するサブノズルとを有し、エピタキシャル成長炉の運転方法であって、
   成膜時に、半導体ウエハの成長対象表面に沿って、メインノズルから所定の材料ガス及びキャリアガスを、サブノズルからパージガスを、それぞれ上部から下部へ層流状態で流して成長対象表面にエピタキシャル層を形成させ、メインノズルの外側の生成物の付着を低減し、
   クリーニング時に、半導体ウエハの成長対象表面に沿って、メインノズル及びサブノズルからクリーニングガスを、それぞれ上部から下部へ流してメインノズルの内面と外面の生成物を分解除去する、ことを特徴とするエピタキシャル成長炉の運転方法。

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