JP2963310B2 - 化学気相成長装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン単結晶にシリ
コン単結晶薄膜を化学気相成長させる装置に係り、特に
反応ガスを装置内へ導く導入ガスノズルを改良した化学
気相成長装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路素子の高集積化または高
性能化に伴い、この素子の出発材料としてエピタキシャ
ル構造をもつものが用いられている。このエピタキシャ
ル半導体基板は、シリコン単結晶ウエハにシリコン単結
晶薄膜を化学気相成長させたものである。このエピタキ
シャル半導体基板を製造する方法としては、１回のプロ
セスで処理できるシリコン単結晶ウエハの枚数が、数枚
から数十枚のバッチ方式と、１枚ずつ処理する枚葉方式
とがあり、上記バッチ方式は、反応炉の構造により縦型
およびシリンダ型との大別される。

【０００３】本発明は上記縦型反応炉で数枚から数十枚
のシリコン単結晶ウエハをバッチ処理する化学気相成長
装置を対象としており、図３、図４に基づき従来の縦型
化学気相成長装置の構造を以下に説明する。

【０００４】図３は化学気相成長装置の斜視図、図４は
同装置の正面断面図である。この従来の化学気相成長装
置は、装置内に外部より反応ガス７を導くガス導入ノズ
ル１と、前記ガス導入ノズル１の先端部の側壁に穿設さ
れた吹出口２と、前記ガス導入ノズル１の基部周囲に設
置され、シリコン単結晶ウエハ８を支持するサセプタ３
と、前記サセプタ３及びガス導入ノズル１の周囲を囲
み、反応炉空間を形成する透明石英ベルジャ４及びステ
ンレスベルジャ５と、前記サセプタ３を高周波誘導コイ
ルにより加熱するヒータ６とから構成されている。尚、
前記ガス導入ノズル１は透明石英からなり、サセプタ３
から前記ガス導入ノズル１先端まで、一般的に２０ｍｍ
以上の長さを有している。

【０００５】上記化学気相成長装置では、高周波誘導コ
イルのヒータ６によりサセプタ３を加熱すると、サセプ
タ３上のシリコン単結晶ウエハ８が加熱される。シリコ
ン単結晶ウエハ８が所望の温度に到達したとき、ベルジ
ャ４，５にて形成された反応炉内に外部のガスライン９
からガス導入ノズル１を介して反応ガス１を導く。反応
ガス７は吹出口２から炉内に噴出され、炉内で分解し
て、シリコン単結晶ウエハ８上にシリコン単結晶薄膜を
気相成長させる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記化学気相
成長装置では反応ガス７の導入中に透明石英からなるガ
ス導入ノズル１の炉内側全体、特に先端部の吹出口２近
傍にシリコン反応物が付着する。その後、この付着物は
ガス流により剥離してパーティクルとなり、その一部が
シリコン単結晶ウエハの表面に落下する。この落下した
パーティクルの一部はエピタキシャルウエハ表面に凸状
欠陥（以下、マウンドと呼ぶ）を誘起する。マウンドの
平均直径を光学顕微鏡により観測すると５μｍ以上の大
きさがある。このマウンドは半導体素子の良品収率低下
および電気特性に影響を及ぼすことが判明しているの
で、できる限りマウンド数を少なくすることが必要であ
る。

【０００７】従来技術では、ガス導入ノズルの高さＨ
（図４に示すサセプタ３からガス導入ノズル１の先端ま
での距離）を一般的な２０ｍｍより長く、約７０ｍｍ程
度まで延長し、マウンド数を低減させている。これはガ
ス導入ノズル及び吹出口の形状等にかかわりなく、ガス
導入ノズル１を長くすることにより、サセプタ３からの
熱伝導が低下し、ガス導入ノズル１の吹出口２付近の温
度が一般のガス導入ノズル１より低くなったため、炉内
側ガス導入ノズル表面において、反応ガスの分解がしに
くくなり、ガス導入ノズル１に付着するシリコン反応物
が減少し、パーティクルとして反応炉内に入る数も少な
くなったからと推測できる。

【０００８】しかしながら、ガス導入ノズル１の高さＨ
を６０ｍｍ以上にすると、エピタキシャル膜厚のウエハ
面内のばらつきが大きくなり、所望の精度のウエハが得
られない。本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、
エピタキシャル膜厚のウエハ面内のばらつきが大きくな
らないようにして、マウンドの発生を低減させた化学気
相成長装置の提供を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、反応炉に設置されシリコン単結晶薄膜を
成長させるべきシリコン単結晶基板を支持するサセプタ
と、前記サセプタを加熱するヒータと、サセプタを囲み
反応炉空間を形成するベルジャと、サセプタ近傍に設け
られ反応ガスを反応炉内に導くガス導入ノズルとを備え
た化学気相成長装置において、前記ガス導入ノズルは、
前記サセプタ近傍のノズル基部を不透明石英で構成し、
ベルジャ近傍のノズル先端部を透明石英で構成したこと
を特徴としている。

【００１０】

【実施例】以下に本発明の一実施例の化学気相成長装置
を説明する。図１は化学気相成長装置の正面断面図であ
り、装置内に外部より反応ガス７を導くガス導入ノズル
１と、ガス導入ノズル１の基部周囲に設置されシリコン
単結晶ウエハ８を支持するサセプタ３と、前記サセプタ
３及びガス導入ノズル１の周囲を囲み、反応炉空間を形
成する透明石英ベルジャ４及びステンレスベルジャ５
と、前記サセプタ３を加熱する高周波誘導コイルからな
るヒータ６とから構成されている。

【００１１】上記構成は基本的には従来装置と同様であ
るが、ガス導入ノズル１の細部構成において著しい差異
がある。即ち、図１に示すように本実施例のガス導入ノ
ズル１は、吹出口２を側壁に有する先端部１ａを透明石
英にて形成し、サセプタ３の近傍に位置するノズル基部
１ｂを不透明石英にて形成したものである。従って、ガ
ス導入ノズルの全長をＨとすると、ノズル基部１ｂの長
さはＨ₁ 、先端部１ａの長さはＨ₂ で表され、Ｈ＝Ｈ₁
＋Ｈ₂ を満足する。

【００１２】ガス導入ノズル１の先端部１ａはベルジャ
４，５からの輻射熱を強く受けるが、この輻射熱を低減
させるために、先端部１ａは透明石英とし、一方ガス導
入ノズル１の基部１ｂはヒータ６からサセプタ３を介す
る熱伝導を小さくするために不透明石英としている。こ
の構成によって、ガス導入ノズル１の全長Ｈを６０ｍｍ
以下におさえて、しかも温度上昇を抑制することができ
る。

【００１３】図２はガス導入ノズル１の全長Ｈに対し不
透明石英によるノズル基部１ｂの長さＨ₁ の割合を変化
させたときの、マウンド数及びノズル付着物量を測定し
た実験データである。 尚、図中△はマウンド数を示
し、●はノズル付着物量を示している。この実験では、
直径１２５ｍｍのシリコン単結晶ウエハを用い、ガス導
入ノズル１の全長Ｈを４０ｍｍとした化学気相成長装置
を使用した。エピタキシャル成長プロセスは最も代表的
なものとするため、炉内温度１１８０℃、エピタキシャ
ル膜厚５０μｍ以下としている。

【００１４】図２からわかるように、マウンド数、ノズ
ル付着物量のいずれも不透明石英の割合Ｈ₁ ／Ｈが０．
５（５０％）付近で最小値をとり、０又は１．０近傍で
は最大値を示している。そしてＨ₁ ／Ｈが０．３〜０．
７の範囲内ではマウンド数、ノズル付着物量のいずれも
最小値とさほどの差異はなく、極めて好ましい減少値を
示し、種々の実験条件を考慮すれば、Ｈ₁ ／Ｈ＝０．１
〜０．９程度でも従来に比べ改善効果があると認められ
る。

【００１５】尚、上記実施例及び実験は限定されたもの
であるが、本発明はこれら実施例に限定されるものでは
ないことは容易に理解し得るものである。

【００１６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所定長さのガス導入ノズルであっても、先端部の透明石
英部分によってベルジャからの輻射熱の影響を抑え、且
つ基部の不透明石英部分によってサセプタからの熱伝導
を抑え、この両方の作用によりガス導入ノズルの温度上
昇を効果的に抑制することができた。従って、ガス導入
ノズル長が長過ぎた場合に生じるエピタキシャル膜厚の
ウエハ面内のばらつきを抑制しながら、ノズル付着物の
落下によるエピタキシャルウエハ表面のマウンド発生数
を減少させることができ、半導体素子基板の不良率の低
減製造コストの低減、品質の向上が期待できるという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る化学気相成長装置の正面断
面図である。

【図２】図２は本発明の１実施例における実験データを
示す図である。

【図３】図３は従来の化学気相成長装置の斜視図であ
る。

【図４】図４は図３の化学気相成長装置の正面断面図で
ある。

【符号の説明】

１ ガス導入ノズル １ａ ガス導入ノズルの先端部 １ｂ ガス導入ノズルの基部 ２ 吹出口 ３ サセプタ ４ 透明石英ベルジャ５ ステンレスベルジャ ６ ヒータ ７ 反応ガス ８ シリコン単結晶ウエハ ９ 反応ガスライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高村 勝之 山口県徳山市大字徳山宇江口開作8231番 地５ 徳山セラミックス株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−17300（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−68393（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−338455（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−93026（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−16757（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/205 C30B 23/00 - 25/22 C23C 16/00 - 16/56

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応炉に設置されシリコン単結晶薄膜を成
   長させるべきシリコン単結晶基板を支持するサセプタ
   と、該サセプタを加熱するヒータと、サセプタを囲み反
   応炉空間を形成するベルジャと、サセプタ近傍に設けら
   れ反応ガスを反応炉内に導くガス導入ノズルとを備えた
   化学気相成長装置において、前記ガス導入ノズルは、前
   記サセプタ近傍のノズル基部を不透明石英で構成し、ベ
   ルジャ近傍のノズル先端部を透明石英で構成したことを
   特徴とする化学気相成長装置。
2. 【請求項２】前記不透明石英と前記透明石英とからなる
   ガス導入ノズルの全長に対し、不透明石英の長さの比が
   ０．１〜０．９であることを特徴とする請求項１に記載
   の化学気相成長装置。