JP2503128B2 - 気相成長装置における粒子状汚染物の低減 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，一般的には半導体デバ
イスの製造に有用な半導体ウエハ製造装置の分野に関
し、更に詳しくはソースガスから基板上に種々の層を成
長させるのに有用な気相成長（ＣＶＤ）装置に関し、ま
た特に，そのような装置において粒子状汚染物を低減さ
せる改良に関するものである。

【０００２】

【従来技術】上述の装置は，１００ｍｍ以上のシリコン
ウエハ上に半導体デバイスを作製するために使用され
る。エピタキシャル層は，シリコンソースガスやドーパ
ントソースガスのような一つ以上の反応性ガスを混合し
た水素キャリヤーガスから成るガス状雰囲気を入れたベ
ルジャ内で，８００乃至１２００℃の範囲の温度に加熱
されたウエハ表面上に形成される。

【０００３】ウエハ表面上に異なる種類の層を形成する
ために使われる様々な処理工程においては、ウエハ表面
上に微粒子の堆積を避けるために、多大の注意を払わな
ければならない。より大規模な集積回路に対する要求が
あるが、そのためにはより大きいチップ密度とする必要
があり、これによって、粒子状汚染物の低減は益々困難
な問題となっている。回路構造が小さくなるに従って、
回路の性能を低下させ得る粒子状汚染物のサイズも又小
さくなった。これは確かであって、回路構造の１／１０
のサイズの粒子でも回路の電気特性をひどく低下させて
しまう。

【０００４】そのような汚染物の一つの源は，不要なガ
スをベルジャの内部から排出するのに使われる排気管路
である。排気管路は大気圧の排気槽内に終端していた
り、処理システムと真空ポンプのような高真空源とを接
続したりしている。通常の処理中、この管路は真空ポン
プに繋がっていて、連行された粒子状汚染物を含む気体
が反応室から遠ざかる方向に定常的に流れている。

【０００５】しかしながら、処理工程が終了した時、排
気管路のバルブが閉められ、反応室は吸気管路を通して
新しい処理雰囲気で再び満たされる。このガスの再充填
操作中、反応室を移動する気体の強力な流れが、反応室
との接合部に近い排気管路部分から粒子状汚染物を巻き
上げ、連行する。粒子状物質は反応室からの流出ガス中
に必然的に存在するので、バルブと反応室の間の短い排
気管路部分での粒子状汚染物の存在は避け難い。しかし
ながら、ガスの再充填操作中、そのような粒子状汚染物
が反応室へ戻るのを防げるか、或いは少なくとも制限で
きるなら、処理システムにおける微粒子制限機能は改善
できよう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術と比較して改善された微粒子制限性能をもつエピタ
キシャル反応装置を提供することにある。本発明の更な
る目的は、排気槽または真空ポンプに接続された排気管
路を備えた反応室を有する装置において、排気管路に存
在する粒子状物質が反応室に再流入するのを防ぐことに
ある。

【０００７】本発明の更なる目的は、そのようなシステ
ムにおいて、排気管路と反応室の接続部にバッフルを設
け、排気管路中の粒子状物質が反応室に再流入するのを
防ぐことにある。本発明の更なる目的は、このバッフル
を必要に応じて排気管路から容易に取り外せる形態で設
置することにある。

【０００８】本発明の更なる目的は、反応室から真空ポ
ンプへと排気管路に沿ったガスの流れに対する実際の制
限が最小になるような形態でバッフルを設置することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上の目的のために、排
気管路からエピタキシャル反応装置の反応室への粒子状
物質の戻りを制限するためのバッフルは、排気管路の口
部を横切って広がっており、排気管路よりも小さい断面
積の中央開口部を有している。バッフルは、反応室に面
する面は凹状で、排気管路内部に面する面は凸状であ
る。

【００１０】エピタキシャル反応装置の通常の動作中、
真空排気系は通常の不用の副産物や粒子状汚染物を装置
から除去するように動作している。この動作モードで
は、流れの制限がごくわずかであるようにバッフルの中
央開口部はその断面が充分大きい。処理工程が終了し
て、排気管路のバルブが閉められ、真空ポンプと反応室
が隔絶され、反応室は吸気管路を通して新しい処理雰囲
気で満たされる。バッフルの存在により、反応室へ向か
うガスの強い対流により反応室の壁との接合部に近い排
気管路部分に渦流が生ずるのが妨げられる。

【００１１】本発明の上記及びその他の特徴、目的、利
点、ならびに発明者の知る本発明を実施するための最良
の形態は、関連する図面及びそれを説明するための種々
の符号を参照して以下の説明を読むことにより明らかに
なろう。

【００１２】

【実施例】図１は、半導体デバイスの製造において、シ
リコンウエハ上にエピタキシャル層を成長させるのに使
用することができるような形態の気相成長装置１を示
す。装置１は本発明の作用に関わる説明を可能にする概
略的かつ概括的な仕方で図示されている。

【００１３】多数の例えば１５０ｍｍシリコンウエハ基
板３は、石英ベルジャ７に閉じ込められたガス雰囲気の
中で処理するために、グラファイトサセプタ５上に支持
されている。輻射ヒータ９の列は、サセプタおよび基板
を８００〜１２００℃の範囲の処理温度に加熱するため
にベルジャを取り囲んでいる。外部の源（図示せず）か
らの冷却水は、冷媒吸入管路１１を通して装置１に流れ
込み、冷媒排出管路１３を通って戻っていく。装置１の
中では、冷却水は輻射ヒータ９の反射板および空気・水
間の熱交換機１５から熱を取り去る。

【００１４】熱交換器１５は再循環空気冷却装置の一部
であり、この再循環空気冷却装置は、反応装置の密閉容
器１９の中へ冷たい定常的な空気流を送り込むブロワ１
７を含み，温まった空気は密閉容器１９から熱交換器１
５に戻る。熱交換器１９の内部では、冷却空気がベルジ
ャ７の表面を覆って下方に向かって流れ、ベルジャの温
度をベルジャ７の内表面と内部の反応性ガス雰囲気の間
で不用な反応が起こらないように十分低温に維持する。

【００１５】代表的には、シリコン基板の処理は、ベル
ジャ７の中で異なった数種類のガス雰囲気に晒される一
連の工程で行われる。これらの工程中，粒子状汚染物を
含む種々の廃棄物が，真空ポンプ２１を含む真空系によ
りベルジャ７の内部から絶えず除去されている。真空系
は、バルブ２３で結合された真空ポンプ２１を含み、バ
ルブ２３は排気管路２５によってベルジャ７に結合され
ている。

【００１６】ベルジャ７の充填は、各処理サイクルの初
めに、吸気管路２６を通して行われる。ガス雰囲気は、
矢印２９で示されるように、下方に向かって流れる。こ
の再充填操作中、バルブ２３は閉じられ、バルブ２３と
ベルジャ７の間の排気管路２５の部分は真空ポンプ２１
から隔絶される。矢印３１により示唆されるように，再
充填ガス雰囲気はベルジャ７の半球状底面を掃引して、
ベルジャ７の接合部に近い排気管路２５の口部の中へ僅
かにそれる。

【００１７】この領域のガス流の正確な流線は分からな
いが、矢印３２によって示唆されるように、多分渦流が
ベルジャ７の底に近い排気管路２５の部分に引き起こさ
れていると思われる。これらの渦流は、前の処理工程で
排気管路２５の側壁上に堆積された粒子状物質を移動さ
せる原因と思われる。ひとたび移動を生じると、粒子状
物質は排気管路２５の口部を横切ってガス流で連行され
る。

【００１８】実際の流線がどうであろうと、再充填操作
では排気管路２５の壁からベルジャ７の内部へ、かなり
の粒子状物質の逆戻りを生ずる。ベルジャ７の中では、
この粒子状汚染物はウエハ３上に自由に堆積する。今、
図２を参照すると、図１の排気管路２５とベルジャ７の
接合部の近傍が拡大した断面で示されている。特に、本
発明によって、微粒子制限装置２７が、排気管路２５の
口部の内部に位置決めされ、排気管路２５の口部に亘っ
て延びているように図示されている。

【００１９】微粒子制限装置２７は、ベルジャ７との接
合部で、排気管路２５の口部に容易に嵌まり込む形状寸
法にされたフランジ付きスリーブ２９を含む。丸い断面
でおよそ１／８インチの直径をもつカーブしたハンドル
３１が、制限装置２７の挿入と取り外しを容易にしてい
る。バッフル３３が、その上縁においてスリーブ２９に
結合されており，そこから概して向かって延びて縮径し
た開口部３５に終端している。

【００２０】バッフル３３は、その好ましい形状である
截頭円錐部分の形状で図示されている。しかしながら、
バッフル３３は、ベルジャ７に面する側から見て凹状と
なる他の形でもよい。たとえばバッフル３３は、半球ま
たは球面の一部、または非球凹状の形でもよい。しか
し，截頭円錐部分は比較的製造し易く、かつ、排気管路
２５からの粒子状汚染物の戻りをかなり減少させること
がわかっている。

【００２１】粒子状汚染物をこのように減少させるガス
流の正確な性質は充分に解析されていない。しかし、２
つのメカニズムが関係していると考えられる。第一は、
排気管路２５の中のガスは、ベルジャ７の再充填の際に
生ずる渦流の流線からはずれていて、渦流の生成が減じ
られていること。第２は，排気管路２５の中の可動粒子
のかなりの部分が、特にバッフル３３の下側の表面とス
リーブ２９に隣接する領域の間に捕獲される傾向がある
ことである。

【００２２】第２のメカニズムは、排気管路２５に面す
る側から見てバッフル３３が凸形であることも粒子状汚
染を減少させる性能に寄与していることを示唆してい
る。凸型であるため、バッフル３３と隣接するスリーブ
２９の内側面の間に、ベルジャ７の方向に運動する大部
分の粒子を捕獲するのに適した徐々に収束する環状領域
をつくりだしている。

【００２３】粒子制限装置２７は、その熱膨張係数がベ
ルジャ７と排気管路２５と適合するようにたとえば全部
石英で組立てられる。代表的な大きさは、スリーブ２９
の外径は４インチ，開口部３５の直径は１．５インチで
ある。本発明は，発明を実施するため発明者の知る最適
な形態を表す実施例に関して特に説明してきたけれど
も、多くの変更が可能で、多くの他の実施例を発明の範
囲から逸脱する導出することができる。特に本発明は、
シリコンウエハ上へのエピタキシャルの成長に主に用い
られ且つ反応室からの使用済み処理雰囲気の排気を真空
ポンプに依存している気相成長装置の一部として説明さ
れてきたけれども、それに限定されない。本発明は，大
気圧の排気槽に排気される場合も含め、他のＣＶＤ装置
に容易に組み入れることができる。従って、本発明範囲
は上記特許請求の範囲によってのみ決定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を組み込んだＣＶＤエピタキシャル反応
装置の概略断面図である。

【図２】図１の線２−２部分の詳細な断面図である。

【符号の説明】

１…気相成長（ＣＶＤ）装置 ３…ウエハ基板 ５…サセプタ ７…ベルジャ ９…輻射ヒータ １５…熱交換器 １７…ブロワ ２１…真空ポンプ ２５…排気管路 ２６…吸気管路 ２７…微粒子制限装置 ２９…フランジ付きスリーブ ３３…バッフル

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と接触する反応ガス雰囲気を閉じ込
   めるための反応室を備えた気相成長（ＣＶＤ）装置であ
   って、 前記反応室が、前記反応室からガス雰囲気を排出するた
   めのガス排出口と、前記反応室を充填するために反応ガ
   ス雰囲気源に接続されるガス吸入口とを備え、 前記ガス排出口が第一の断面積を有する排気管路を備え
   るとともに、前記反応室の壁部と前記排気管路との間の
   接合部において前記排気管路が前記反応室の内部とガス
   連通するように前記壁部に接合され、更に、 前記排気管路から前記反応室への粒子状汚染物の逆流を
   制限するために前記接合部に微粒子制限装置が設けら
   れ、該微粒子制限装置が、前記接合部に設けられ且つそ
   こで前記排気管路を横切って延びるバッフルを有し、前
   記バッフルが貫通開口部を構成し、更に前記開口部が前
   記排気管路の前記第一の断面積より小さい第二の断面積
   を有し、前記バッフルの前記排気管路に面した面が凸状
   であることを特徴とする気相成長装置。
2. 【請求項２】 気相成長装置において、ガス吸入管路が
   反応室を充填するために反応室を反応ガス源に接続し、
   所定の断面積を有するガス排気管路が反応室からガスを
   排気するためにガス排気管路に圧力差を発生させるため
   の手段に反応室を接続しているような反応室内の粒子状
   汚染物を低減させる方法であって、 前記反応ガス源から前記ガス吸気管路を通して反応室に
   反応ガスを充填し、 前記圧力差発生手段を用いて反応室から反応ガスを排気
   し、 反応室を前記圧力差発生手段から隔絶して反応室の排気
   をやめ、 前記反応ガス源から前記ガス吸気管路を通して反応室に
   反応ガスを再充填し、 前記排気管路を横切って延びるバッフルであって、該バ
   ッフルが貫通開口部を構成し、更に前記開口部が前記排
   気管路の前記所定の断面積より小さい断面積を有し、前
   記バッフルの前記排気管路に面した面が凸状であるバッ
   フルを有する微粒子制限装置を前記排気管路内に設ける
   ことによって、前記排気管路の一部に渦流が発生するの
   を防止する、 ことを特徴とする粒子状汚染物低減方法。