JP2016058420A - エピタキシャル成長装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコン単結晶基板の温度分布均一性が向上し、より高平坦なエピタキシャル成長を可能としたエピタキシャル成長装置を提供する。【解決手段】サセプタに水平に載置されたシリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル成長装置であって、前記サセプタの下方に位置し、複数の棒状ヒータが放射状に円形に配列された放射状下方ヒータ群が同心円状に２列以上配置された複数の放射状下方ヒータ群を有するヒータモジュールと、前記複数の放射状下方ヒータ群の最外側の放射状下方ヒータ群を取り囲む円筒状の最外周下方反射部材と、を含み、前記最外周下方反射部材が傾斜面を有し、前記最外側の放射状下方ヒータ群から離れるほど前記円筒状の最外周下方反射部材の直径が増大するように前記傾斜面が形成されてなるようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル成長装置に関する。

シリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させる装置として、特許文献１〜４に示すような気相成長装置を用いた枚葉式のエピタキシャル成長装置が知られている。

エピタキシャル層の成長速度は温度の影響を強く受けるので、エピタキシャル層厚の均一性を向上させるためには、シリコン単結晶基板の面内の温度分布の制御が重要である。エピタキシャル成長装置の加熱方式には様々なものがあり、シリコン単結晶基板を１枚ずつエピタキシャル成長させる枚葉式エピタキシャル装置の場合は、シリコン単結晶基板の上下から棒状ヒータで加熱する方式が多く使われる。前記棒状ヒータで加熱する方式の場合は、前記棒状ヒータを放射状に１列の円形に配列することになり、この棒状ヒータの背後には前記棒状ヒータからの熱線を反射して基板に照射するためのドーナツ状のリフレクタを配置する。

サセプタに水平に載置されたシリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル成長装置には、サセプタおよびシリコン単結晶基板の中央領域と周囲領域を加熱する棒状ヒータのヒータ群に分かれているヒータモジュールがあり、さらには中央領域と周囲領域の中間領域を加熱する棒状ヒータのヒータ群を有するものがあって、これらのヒータ群の出力を調整することによりウェーハの温度分布を制御する。

これらの棒状ヒータには、主にハロゲンランプが用いられる。ウェーハの温度分布を均一化する場合、それぞれのヒータ群のエネルギー供給分布の変化率が重要となる。例えば、シリコン単結晶基板の中央領域と周囲領域を加熱する２つのヒータ群を有するヒータモジュールの場合、中央領域用ヒータ群では周囲領域ほどエネルギー供給量が低減し、周囲領域用ヒータ群では中央領域ほどエネルギー供給量が低減するものが用いられるが、それぞれのエネルギー供給量の変化率が逆相関となるように、ヒータの設置位置や本数、リフレクタ形状を設計する必要がある。

図３に従来のエピタキシャル成長装置を示す。図３において、符号１００は従来のエピタキシャル成長装置を示す。エピタキシャル成長装置１００は、反応室１０２内にシリコン単結晶基板Ｗを水平に配置するためのサセプタ１０４が設けられ、サセプタ１０４は支持軸１０６により支持され、この支持軸１０６はサセプタ１０４を回転させるための機構（図示省略）を有する。

図３に示すエピタキシャル成長装置１００は、前記サセプタ１０４の下方に複数の棒状ヒータ１０８が放射状に円形に配列された放射状下方ヒータ群１１０ａ，１１０ｂ及び前記サセプタ１０４の上方に複数の棒状ヒータ１０８が放射状に円形に配列された放射状上方ヒータ群１１０ｃを有するヒータモジュール１１２を備えている。
ヒータモジュール１１２は、放射状下方ヒータ群１１０ａが、中央領域用として放射状に円形に棒状ヒータ１０８が配列され、放射状下方ヒータ群１１０ｂが、周囲領域用として前記中央領域用の放射状下方ヒータ群１１０ａの外側に同心円状に棒状ヒータ１０８が配列されている。

また、前記周囲領域用の放射状下方ヒータ群１１０ｂを取り囲むように円筒状の最外周反射部材１１４が設置され、さらに中央領域用の放射状下方ヒータ群１１０ａと周囲領域用の放射状下方ヒータ群１１０ｂの間にも円筒状の中間反射部材１１６が設置され、加えて中央領域用ヒータ群１１０ａの内側に円筒状の最内周反射部材１１８が設置されている。さらにまた、サセプタ１０４の上方にも放射状上方ヒータ群１１０ｃとして同心円状に棒状ヒータ１０８が配列され、前記放射状上方ヒータ群１１０ｃを取り囲むように円筒状の最外周反射部材１２０が設置され、前記放射状上方ヒータ群１１０ｃの内側に円筒状の内周反射部材１２２が設置されている。この放射状上方ヒータ群１１０ｃは上方から均一にエネルギーを供給する構造となっている。

従来のエピタキシャル成長装置１００の場合、中央領域用の放射状下方ヒータ群１１０ａの中央領域から周囲領域に至るエネルギー供給量の変化率に比べて、周囲領域用の放射状下方ヒータ群１１０ｂの周囲領域から中央領域に至るエネルギー供給量の変化率が小さくなることがあり、中央領域用と周囲領域用のヒータ群の出力を調整しても、シリコン単結晶基板Ｗの中央領域に温度の高い領域が残留することがあった。このような温度分布でシリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させると、シリコン単結晶基板Ｗの中央領域のエピタキシャル層が相対的に厚くなり、シリコン単結晶基板の平坦度が悪化してしまうという問題があった。

特開2013-110145号公報 特表2002-529911号公報 特開2011-146537号公報 特開平4-255214号公報

本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたもので、シリコン単結晶基板の温度分布均一性が向上し、より高平坦なエピタキシャル成長を可能としたエピタキシャル成長装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のエピタキシャル成長装置は、サセプタに水平に載置されたシリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル成長装置であって、前記サセプタの下方に位置し、複数の棒状ヒータが放射状に円形に配列された放射状下方ヒータ群が同心円状に２列以上配置された複数の放射状下方ヒータ群を有するヒータモジュールと、前記複数の放射状下方ヒータ群の最外側の放射状下方ヒータ群を取り囲む円筒状の最外周下方反射部材と、を含み、前記最外周下方反射部材が傾斜面を有し、前記最外側の放射状下方ヒータ群から離れるほど前記円筒状の最外周下方反射部材の直径が増大するように前記傾斜面が形成されてなることを特徴とする。

前記傾斜面が、前記最外周下方反射部材の縁部に形成されるのが好適である。

前記最外側の放射状下方ヒータ群と前記最外側の放射状下方ヒータ群に隣接する放射状下方ヒータ群との間に、円筒状の中間反射部材を備えるのが好ましい。

また、前記棒状ヒータがハロゲンランプであるのが好適である。

上述のように、最外側に配置された放射状下方ヒータ群を取り囲むように設置された円筒状の最外周下方反射部材の内円筒面の縁部などに傾斜面を設け、この傾斜面が前記最外側の放射状下方ヒータ群から離れるほど最外周下方反射部材の直径が増大する形状とする。最外側の放射状下方ヒータ群から放射されるエネルギーのうち、多くのものが最外周反射部材と中間反射部材との間で多重反射し、最終的に最外周反射部材で反射されて中央領域に到達するものと、中間反射部材で反射されて周囲領域に到達するものに分かれる。

最外周反射部材の内円筒面の縁などにヒータから離れるほど最外周下方反射部材の直径が増大する傾斜面を設けると、中央領域に向かうエネルギーの方向を変えることによって、中央領域に供給するエネルギー量を低下させることができる。このような最外周反射部材を用いることにより、周囲領域用ヒータ群の周囲領域から中央領域に至るエネルギー供給量の変化率を増大させて、中央領域用ヒータ群の中央領域から周囲領域に至るエネルギー供給量の変化率と逆相関になるように調整すると、ウェーハの温度分布均一性が向上し、より高平坦なエピタキシャル成長が可能となる。

一方、最外周反射部材の内円筒面の縁部の傾斜面を、ヒータから離れるほど直径が減少する形状とした場合も、中央領域に供給するエネルギー量を低下させることができる。これは、最外周反射部材と中間反射部材との間を多重反射して、最終的に最外周反射部材で反射される際に、中央領域に向かわずに外周反射部材と中間反射部材との間に戻されるエネルギー成分が増え、このエネルギー成分は再度多重反射するためである。しかし、多重反射の回数が大幅に増大して、エネルギーの一部が反射部材に吸収され、反射部材の金コートを破損することがあった。したがって、ヒータから離れるほど直径が増大する形状とした方が、より効率的にエネルギー分布を調整することができる。

本発明によれば、シリコン単結晶基板の温度分布均一性が向上し、より高平坦なエピタキシャル成長を可能としたエピタキシャル成長装置を提供することができるという著大な効果を有する。

本発明に係るエピタキシャル成長装置の一つの実施の形態を示す要部概略図である。 実施例及び比較例におけるウェーハ面内温度分布を示すグラフである。 従来のエピタキシャル成長装置の要部概略図である。

以下、本発明の一つの実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、これらの説明は例示的に示されるもので限定的に解釈すべきものでないことはいうまでもない。

図１において、符号１０は、本発明に係るエピタキシャル成長装置の一つの実施の形態を示す。エピタキシャル成長装置１０は、反応室１２内にシリコン単結晶基板Ｗを水平に配置するためのサセプタ１４が設けられ、サセプタ１４は支持軸１６により支持され、この支持軸１６はサセプタ１４を回転させるための機構（図示省略）を有する。

図１に示すエピタキシャル成長装置１０は、前記サセプタ１４の下方に複数の棒状ヒータ１８が放射状に円形に配列された放射状下方ヒータ群２０ａ，２０ｂ及び前記サセプタ１４の上方に複数の棒状ヒータ１８が放射状に円形に配列された放射状上方ヒータ群２０ｃを有するヒータモジュール２２を備えている。
ヒータモジュール２２は、放射状下方ヒータ群２０ａが、中央領域用として放射状に円形に棒状ヒータ１８が配列され、放射状下方ヒータ群２０ｂが、周囲領域用として前記中央領域用の放射状下方ヒータ群２０ａの外側に同心円状に棒状ヒータ１８が配列されている。前記棒状ヒータとしてはハロゲンランプの例を示した。

また、前記周囲領域用の放射状下方ヒータ群２０ｂを取り囲むように円筒状の最外周反射部材２４が設置され、さらに中央領域用の放射状下方ヒータ群２０ａと周囲領域用の放射状下方ヒータ群２０ｂの間にも円筒状の中間反射部材２６が設置され、加えて中央領域用ヒータ群２０ａの内側に円筒状の最内周反射部材２８が設置されている。さらにまた、サセプタ１４の上方にも放射状上方ヒータ群２０ｃとして同心円状に棒状ヒータ１８が配列され、前記放射状上方ヒータ群２０ｃを取り囲むように円筒状の最外周反射部材３０が設置され、前記放射状上方ヒータ群２０ｃの内側に円筒状の内周反射部材３２が設置されている。

そして、前記最外周下方反射部材２４が傾斜面３４を有しており、前記傾斜面３４が、前記最外側の放射状下方ヒータ群２０ｂから離れるほど前記円筒状の最外周下方反射部材２４の直径が増大するように形成されている。また、前記傾斜面３４は、前記最外周下方反射部材２４の縁部３６に形成されている。

以下に、本発明の実施例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想から逸脱しない限り様々の変形が可能であることは勿論である。

（実施例１）
実施例１として、図１に示した直径３００ｍｍウェーハ用の枚葉式エピタキシャル成長装置を用い、直径３００ｍｍのシリコンウェーハの中心温度を１１００℃に加熱したときのウェーハ面内温度分布を測定した。棒状ヒータとしてはハロゲンランプを使用した。測定は、特公平０７−０５８７３０に記載されている方法で行った。これは、イオン注入によって表面に不純物注入層が形成された拡散ウェーハを用意し、熱拡散後のシート抵抗を測定することによりウェーハの面内温度分布を求める方法である。実施例１では、図１に示す最外周下方反射部材２４の傾斜面３４の角度Ａを１５度とし、傾斜面３４の長さＨを５０ｍｍとした。測定結果を図２に示す。図２に示されるように、実施例１の面内最大温度差は１．６℃となった。

（比較例１）
比較例１として、図３に示した従来の直径３００ｍｍウェーハ用の枚葉式エピタキシャル成長装置１００を用い、シリコンウェーハの中心温度を１１００℃に加熱したときのウェーハ面内温度分布を実施例１と同様に測定した。棒状ヒータとしてはハロゲンランプを使用した。従来の枚葉式エピタキシャル成長装置１００は、図１の傾斜面３４が形成されていないこと以外は図１の枚葉式エピタキシャル成長装置１０と同様の構成である。比較例１の測定結果を図２に示す。図２に示されるように比較例１の面内最大温度差は７．０℃となった。

このように、本発明のエピタキシャル成長装置を用いることで、シリコン単結晶基板の温度分布均一性が向上し、より高平坦なエピタキシャル成長が可能であることが示された。

なお、上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１０：本発明のエピタキシャル成長装置、１２，１０２：反応室、１４，１０４：サセプタ、１６，１０６：支持軸、１８，１０８：棒状ヒータ、２０ａ，２０ｂ，１１０ａ，１１０ｂ：放射状下方ヒータ群、２０ｃ，１１０ｃ：放射状上方ヒータ群、２２，１１２：ヒータモジュール、２４，３０，１１４，１２０：最外周反射部材、２６，１１６：中間反射部材、２８，１１８：最内周反射部材、３２，１２２：内周反射部材、３４：傾斜面、３６：縁部、１００：従来のエピタキシャル成長装置、Ａ：傾斜面の角度、Ｈ：傾斜面の長さ、Ｗ：シリコン単結晶基板。

Claims (4)

1. サセプタに水平に載置されたシリコン単結晶基板の主表面にエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル成長装置であって、
   前記サセプタの下方に位置し、複数の棒状ヒータが放射状に円形に配列された放射状下方ヒータ群が同心円状に２列以上配置された複数の放射状下方ヒータ群を有するヒータモジュールと、
   前記複数の放射状下方ヒータ群の最外側の放射状下方ヒータ群を取り囲む円筒状の最外周下方反射部材と、
   を含み、
   前記最外周下方反射部材が傾斜面を有し、前記最外側の放射状下方ヒータ群から離れるほど前記円筒状の最外周下方反射部材の直径が増大するように前記傾斜面が形成されてなることを特徴とするエピタキシャル成長装置。
2. 前記傾斜面が、前記最外周下方反射部材の縁部に形成されることを特徴とする請求項１記載のエピタキシャル成長装置。
3. 前記最外側の放射状下方ヒータ群と前記最外側の放射状下方ヒータ群に隣接する放射状下方ヒータ群との間に、円筒状の中間反射部材を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のエピタキシャル成長装置。
4. 前記棒状ヒータがハロゲンランプであることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載のエピタキシャル成長装置。

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