JP2792353B2 - 気相成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造に用い
る気相成長装置に関し、特に複数個のプロセス室（気相
成長室または気相成長前・後処理室）を有し、しかも各
プロセス室においてはシリコンウェハーを１枚ずつ処理
する気相成長装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１２，図１３，図１４は従来の気相成
長装置を示したもので、図１２は平面配置図、図１３は
プロセス室の縦断面図、図１４はガス配管系統図であ
る。気相成長としては、以下、シリコンエピタキシャル
成長を例に説明する。ウェハーカセットロード室１に未
成長のシリコンウェハー４を入れたカセット３をローデ
ィングした後、気相成長装置全体を窒素ガスによりパー
ジし、カセット３からシリコンウェハー４をウェハー移
載機構６により取り出す。ウェハー移載室５に運ばれた
シリコンウェハー４は、３個のプロセス室９のサセプタ
１３のいずれかに搭載される。例えば、プロセス室９は
いずれもシリコンエピタキシャル成長を行なうようにし
た場合、まずシリコンウェハー４がプロセス室のサセ
プタ１３に搭載され、続いてカセット３から順にプロセ
ス室，のサセプタ１３にシリコンウェハー４を搭載
する。その後、各ゲートバルブ８が閉じられ、各シリコ
ンウェハー４は減圧下または常圧下で１１００℃以上ま
でハロゲンランプ１２により急速に輻射加熱される。シ
リコンウェハー４は回転軸１４により常に一定速度で回
転している。昇温中はマスフローコントローラ１９によ
り流量制御された水素ガスがガスインジェクター１１よ
りプロセス室９に供給される。

【０００３】１１００℃以上で３分間保持した後、水素
雰囲気で１１００℃以下まで降温し、水素ガス、シラン
系ガス、ドーピングガスをマスフローコントローラ１９
により適当な流量に制御してガスインジェクター１１よ
りプロセス室９に供給してシリコンエピタキシャル成長
を行なう。エピタキシャル成長終了後、水素雰囲気で９
００℃以下まで急速に降温し、３個のプロセス室９をい
ずれも窒素パージした後、ウェハー移載機構６によりシ
リコンウェハー４はウェハーカセットロード室１のカセ
ット３に移載される。

【０００４】以上を１サイクルとして以下同様に、エピ
タキシャル成長が繰り返される。尚、図１４に示すよう
に一つのプロセス室９に対して１セットの独立したガス
配管系を有しており、エッチングガスは例えばプロセス
室９内に堆積したポリシリコンの除去用として用いてい
る。また、プロセス室をシリコンエピタキシャル成長
の前処理、例えば自然酸化膜除去、プロセス室をシリ
コンエピタキシャル成長、プロセス室をシリコンエピ
タキシャル成長の後処理、例えば熱酸化のように分担し
て使用する場合もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の気相成
長装置ではプロセス室９は全部で３個あり、しかも各プ
ロセス室においてはシリコンウェハー４は１枚ずつの処
理である。仮に３個のプロセス室９全部をエピタキシャ
ル成長に用いたとした場合、３枚のシリコンウェハー４
がウェハーカセットロード室１から３個のプロセス室９
に移載されエピタキシャル成長後、ウェハーカセットロ
ード室１に移載されるまでを１サイクルとすれば、１サ
イクルに要する時間は、１１５０℃で水素ガスによる自
然酸化膜除去の前処理、ＭＯＳ系デバイス用に１０μｍ
のエピタキシャル成長を１０８０℃で行なうとし、成長
速度を２μｍ／分とすれば、約１２分であり、スループ
ットは１５枚／時間である。

【０００６】このスループットでは例えば月産１万枚の
ＭＯＳ系デバイス用エピタキシャルウェハーを製造する
ためには装置稼働率、利用率、歩留り、いずれも１００
％という非常に厳しい条件で装置を利用しなければなら
なくなるという欠点がある。またこの場合、スループッ
トを向上しようとしてウェハー移載室５に連結されたプ
ロセス室９の数を単純に増やそうとすると、ウェハー移
載室５を拡大しなければならず、ウェハー移載機構６を
拡大するか、複雑な動作が要求されるという欠点があ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の気相成長装置
は、シリコンウェハーをランプ輻射加熱により１枚ずつ
処理する複数個のプロセス室と、シリコンウェハー移載
機構を備えたシリコンウェハー移載室と、気相成長前後
のシリコンウェハーのウェハーカセットロード室と、複
数個のプロセス室が連結されたシリコンウェハー移載室
とこのプロセス室との間をそれぞれ仕切るゲートバルブ
と、複数個のプロセス室の各々に独立に気相成長用原料
ガスまたはエッチングガスまたは気相成長前・後処理用
ガスを供給する配管系と、複数個のプロセス室とシリコ
ンウェハー移載室及びウェハーカセットロード室とを独
立に排気する排気系とを有する気相成長装置において、
複数個のプロセス室の外側にさらにもう一つのプロセス
室をゲートバルブを介してそれぞれ２個直列に連結し、
さらにシリコンウェハー移載室内にはシリコンウェハー
移載機構自体が移動するためのレールを有している。

【０００８】

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。

【０００９】図１は本発明の第１の実施例の気相成長装
置の平面配置図、図２は本発明の第１の実施例の気相成
長装置のプロセス室の縦断面図である。本装置は２個の
ウェハーカセットロード室１，２、ウェハー移載機構６
及びそれ自体を移動させるためのレール７、ウェハー移
載室５、６個のプロセス室９及びそれら同士あるいはウ
ェハー移載室５との間を仕切るゲートバルブ８、ガスイ
ンジェクター１１、サセプタ１３上のシリコンウェハー
４を輻射加熱するハロゲンランプ１２、サセプタ１３の
回転軸１４、排気口１７、石英反応管１８から構成され
る。図１に示したように２個のプロセス室９がゲートバ
ルブ８を介して直列連結され、その片方が他のゲートバ
ルブ８を介してウェハー移載室５に連結されている。全
体では６個のプロセス室９を有している。

【００１０】本実施例においては全てのプロセス室〜
をシリコンエピタキシャル成長用として用いる場合を
考える。ウェハーカセットロード室１にカセット３がロ
ードされるとすぐに装置全体が窒素パージされる。ウェ
ハー移載機構６は、カセット３よりシリコンウェハー４
を取り出し、ハロゲンランプ１２によりあらかじめ輻射
加熱されたプロセス室のサセプタ１３にシリコンウェ
ハー４を搭載するためにレール７上をプロセス室の方
向へ移動する。サセプタ１３に搭載後、ゲートバルブ８
は閉じられる。同様にカセット３から次のシリコンウェ
ハー４が今度はプロセス室のやはり輻射加熱されたサ
セプタ１３に搭載され、ゲートバルブ８が閉じられる。
同様な順序で残りのプロセス室〜に全てシリコンウ
ェハー４が充填される。

【００１１】ガス配管系は図３に示したように２個の直
列連結されたプロセス室（例えばと）を１組みとし
て、同一のガス源とし、各プロセス室９に対し供給する
ガス流量を独立して制御可能である。各プロセス室９は
独立して排気口１７より真空引きされ各ガスインジェク
ター〜より水素ガスが供給され、水素雰囲気下で常
圧または減圧下で自然酸化膜除去のための前処理温度ま
でハロゲンランプ１２により急速に輻射加熱される。１
１００℃以上での自然酸化膜除去の前処理の後、１１０
０℃以下まで降温し、エピタキシャル成長を行なう。そ
の後、シリコンウェハー４搭載時の温度まで降温してか
ら全てのプロセス室〜が窒素ガスによりパージさ
れ、搭載時と逆の順序で６枚のシリコンウェハー４がウ
ェハーカセットロード室１のカセット３に戻される。以
上を１サイクルとして同様な手順が繰り返される。

【００１２】以下に本実施例による気相成長装置を使用
したエピタキシャル成長例を説明する。プロセス室〜
は全て、エピタキシャル成長用とした。カセット３か
らプロセス室〜全てに直径１５０ｍｍのシリコンウ
ェハー４を移載するのに１分を要し、プロセス室〜
は全て９００℃にハロゲンランプ１２によりあらかじめ
加熱した。２５０℃／分の昇温速度で１１５０℃まで加
熱するが、この時の水素ガス流量は１００ＳＬＭとし
た。圧力は常圧であった。シリコンウェハー４は回転軸
１４により５ｒｐｍで回転した。１１５０℃で３分保持
後、１分で１０８０℃まで降温し、ジクロルシラン５０
０ＳＣＣＭ、ドーピングガスとしてジボランを１０ＳＣ
ＣＭ水素ガスに混ぜて流した。成長速度は２μｍ／分で
ありＭＯＳ系デバイス用として１０μｍ成長した。また
抵抗率は１５Ω・ｃｍとした。その後、水素ガス雰囲気
で９００℃まで１分で降温し、１分で窒素パージし、６
枚のシリコンウェハー４のカセット３への移載を行なっ
た。

【００１３】この結果を図１２、図１３、図１４に示し
た従来の装置を用いた場合と比較する。図４は本実施例
と従来の技術とを用いて６枚のシリコンウェハーにエピ
タキシャル成長するときの温度プロファイルを比較した
図である。本実施例では６枚のシリコンウェハー４を処
理するのに１２分を要し、一方従来の技術では２４分を
要し、スループットで考えると本実施例は３０枚／時
間、従来の技術は１５枚／時間である。これは従来の技
術では６枚処理するのにエピタキシャル成長を２回行な
わねばらならないためである。またこのとき本実施例、
従来の技術各々６枚のエピタキシャルウェハー間の膜
厚、抵抗率の均一性を比較したのが図５、図６である。
これより本実施例、従来の技術とも膜厚に関しては±３
％、抵抗率に関しては±５％であり、本実施例によりス
ループットを向上させた場合、特に均一性に悪化は見ら
れなかった。これはスループット向上のためにプロセス
室９の個数を２倍に増やしても、ガス配管を図３に示し
たように各プロセス室９に対し供給するガス流量を独立
して制御可能とし、またハロゲンランプ１２も各プロセ
ス室９に対して独立に設けたことで温度制御も独立にし
たためである。

【００１４】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。本実施例においては直径１５０ｍｍのシリコンウェ
ハー４を用いてＣＣＤデバイス用にエピタキシャル成長
を行なった。図７、図８に示すようにプロセス室、
を自然酸化膜除去およびその他の前処理用、プロセス室
、をエピタキシャル成長後の後処理用と割り振るよ
うにガス配管を行なった。プロセス室、等他の構成
は第１の実施例と同一である。２枚のシリコンウェハー
４はまずカセット３よりウェハー移載機構６によりプロ
セス室、に移載され前処理される。前処理条件とし
ては１１５０℃、常圧で水素ガス１００ＳＬＭで３分保
持後、ＨＣｌガス１０ＳＬＭを混ぜてガスエッチングを
１分間行なった後、１分間パージした。

【００１５】前処理終了後、降温してからプロセス室
，に２枚のシリコンウェハー４を移載し１０８０
℃、常圧で水素ガス２００ＳＬＭ、ジクロルシラン２Ｓ
ＬＭ、ホスフィン２０ＳＣＣＭの条件でエピタキシャル
成長を６分間行なった。目標膜圧、抵抗率は各々３０μ
ｍ、３０Ω・ｃｍとした。エピタキシャル成長後プロセ
ス室，にシリコンウェハー４を移載し後処理として
９５０℃、常圧で水素ガス１０ＳＬＭ、酸素ガス１０Ｓ
ＬＭを流して２０ｎｍ熱酸化を行なった。

【００１６】一方、従来の技術を用いて、２枚のシリコ
ンウェハー４を処理する場合では、まず最初の１枚のシ
リコンウェハー４はカセット３よりプロセス室に移載
され前処理される。その後プロセス室に移載されエピ
タキシャル成長が行なわれるが、この場合、２番めのシ
リコンウェハー４は最初のシリコンウェハー４がプロセ
ス室からに移載されたあとにカセット３よりプロセ
ス室に移載され前処理される。以下、最初のシリコン
ウェハー４のエピタキシャル成長終了およびプロセス室
への移載後、２番めのシリコンウェハー４はプロセス
室に移載されエピタキシャル成長が行われ、更に最初
のシリコンウェハー４の酸化処理終了、カセット３への
移載後、２番めのシリコンウェハー４はプロセス室に
移載され酸化処理される。

【００１７】以上のプロセスの温度プロファイルを図９
（ａ），（ｂ）に示した。本実施例では１１５０℃での
前処理、１０８０℃でのエピタキシャル成長、９５０℃
での後処理（熱酸化）の各プロセスは２枚ずつ行なわれ
るため全部で３０分で終了するが、従来の技術では、各
プロセス室においては最初のシリコンウェハー４の処理
が終了しないかぎり２番めのシリコンウェハー４の処理
が行なえないために、２枚のシリコンウェハー４を処理
するのに約４２分要し、スループットでは本実施例の方
が約１．５倍程優れている。

【００１８】またエピタキシャル膜厚、熱酸化膜厚のウ
ェハー間均一性を各々図１０、図１１に示した。これら
より本実施例においても従来の技術に比べ、スループッ
トを向上してもエピタキシャル膜厚、熱酸化膜厚のウェ
ハー間均一性は損なわれていない。これらは第１の実施
例と同様の理由による。また以上の第１、第２の実施例
においては、スループット向上のためにプロセス室９を
増やすのに直列連結という方法をとったことにより、ウ
ェハー移載室６を拡大せずに済みフロア占有面積の増大
をプロセス室の増加分以上に必要としない。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の気相成長装
置は２個のプロセス室９をゲートバルブ８を介して直列
連結し、その片方をゲートバルブ８を介してシリコンウ
ェハー移載室５に連結し、全体では６個のプロセス室９
を有する構造とし、また各プロセス室９は独立にハロゲ
ンランプ１２により温度制御され、ガス配管は直列連結
された２個のプロセス室９を一組として同一のガス源と
するが各々独立に流量制御されるような構造としたこと
により、スループットは従来の約１．５〜２倍と改善さ
れ、一方でエピタキシャル膜厚、抵抗率均一性に関して
は従来の技術にくらべ劣ることのないようにすることが
できるという効果がある。

【００２０】更にスループット向上のためにプロセス室
９を増やすのに直列連結という方法をとったことによ
り、ウェハー移載室６を拡大せずに済み、フロア占有面
積の増大をプロセス室の増加分以上に必要としないとい
う効果がある。

【００２１】また以上はシリコンエピタキシャル成長を
例に説明してきたが、ポリシリコン膜、シリコン−ゲル
マニウム膜についても応用できその効果はきわめて大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の平面配置図である。

【図２】本発明の第１の実施例におけるプロセス室の縦
断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例におけるガス配管系統図
である。

【図４】従来の気相成長装置と本発明の第１の実施例の
気相成長装置との温度プロファイルを比較した図であ
る。

【図５】従来の気相成長装置と本発明の第１の実施例の
気相成長装置とのエピタキシャルウェハー間膜厚均一性
を比較した図である。

【図６】従来の気相成長装置と本発明の第１の実施例の
気相成長装置とのエピタキシャル−ウェハー間抵抗率均
一性を比較した図である。

【図７】本発明の第２の実施例におけるガス配管系統図
である。

【図８】本発明の第２の実施例における他のガス配管系
統図である。

【図９】従来の気相成長装置と本発明の第２の実施例の
気相成長装置との温度プロファイルを比較した図で、同
図（ａ）は従来装置、同図（ｂ）は本実施例の傾向をそ
れぞれ示す図である。

【図１０】従来の気相成長装置と本発明の第２の実施例
の気相成長装置とのエピタキシャルウェハー間膜厚均一
性を比較した図である。

【図１１】従来の気相成長装置と本発明の第２の実施例
の気相成長装置とのウェハー間酸化膜厚均一性を比較し
た図である。

【図１２】従来の気相成長装置の平面配置図である。

【図１３】従来の気相成長装置のプロセス室の縦断面図
である。

【図１４】従来の気相成長装置のガス配管系統図であ
る。

【符号の説明】

１，２ ウェハーカセットロード室 ３ カセット ４ シリコンウェハー ５ ウェハー移載室 ６ ウェハー移載機構 ７ レール ８ ゲートバルブ ９ プロセス室〜 １０ フランジ １１ ガスインジェクター〜 １２ ハロゲンランプ １３ サセプタ １４ 回転軸 １５ プロセスガス １６ パージガス １７ 排気口 １８ 石英反応管 １９ マスフローコントローラ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコンウェハーをランプ複写加熱によ
   り１枚ずつ処理する複数個のプロセス室と、前記シリコ
   ンウェハーの移載機構を備えた前記シリコンウェハー移
   載室と、前記シリコンウェハーのウェハーカセットロー
   ド室と、前記複数個のプロセス室が連結された前記シリ
   コンウェハー移載室とこのプロセス室との間をそれぞれ
   仕切るゲートバルブと、前記複数個のプロセス室の各々
   に独立に気相成長用原料ガスまたはエッチングガス等を
   供給する配管系と、前記複数個のプロセス室と前記シリ
   コンウェハー移載室及び前記ウェハーカセットロード室
   とを独立に排気する排気系とを有する気相成長装置にお
   いて、前記複数個のプロセス室の外側にさらにもう一つ
   のプロセス室をゲートバルブを介してそれぞれ２個直列
   に連結したことを特徴とする気相成長装置。
2. 【請求項２】 前記シリコンウェハー移載室内に、前記
   シリコンウェハー移載機構自体が移動するためのレール
   を有する請求項１記載の気相成長装置。