JP3318741B2 - エピタキシャル成長炉 - Google Patents

エピタキシャル成長炉

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JP3318741B2 JP29650998A JP29650998A JP3318741B2 JP 3318741 B2 JP3318741 B2 JP 3318741B2 JP 29650998 A JP29650998 A JP 29650998A JP 29650998 A JP29650998 A JP 29650998A JP 3318741 B2 JP3318741 B2 JP 3318741B2
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雅典 黛
和俊 井上
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株式会社スーパーシリコン研究所
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハの表
面にエピタキシャル層を形成するためのエピタキシャル
成長炉に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、高温に加熱されたシリコン基板上
に水素キャリアにより、SiCl ,SiHCl,SiHCl
またはSiH等の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 vap
or deposition)法がシリコンエピタキシャル成長方法と
して最も広く研究、応用されている。
【0003】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、ハロゲンランプや赤外線ランプ等に
よる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。
【0004】通常、半導体ウエハの成長対象表面の全域
に亘って均一なエピタキシャル成長層を形成するため
に、エピタキシャル成長過程においては、均一な加熱状
態および材料ガス供給を維持するように半導体ウエハを
回転させながら成長反応を行っている。
【0005】また、近年では半導体ウエハの大口径化に
伴うチャンバの大型化のため、チャンバ自体をコンパク
トにできると同時に、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枚葉
式が採用されており、さらにウエハの結晶欠陥の原因と
なり得る自重による反りを防止できる縦置き型(ウエハ
を表面が垂直方向に沿うように立てて置く)が大口径ウ
エハに適するものとして注目されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記の如き縦置き型に
おいては、一枚以上の半導体ウエハについて同時にエピ
タキシャル成長処理が可能である。例えば2枚を向かい
合わせて反応チャンバ内に設置し、その表面同士間に材
料ガスを供給して同時に処理する構成がもっとも簡便で
効率的な構成として挙げられる。
【0007】しかしながら、このような縦置き型チャン
バでの2枚同時処理を実現するために、半導体ウエハの
保持手段及び保持手段の支持機構等の設計に解決すべき
問題が生じる。まず、上記のように一対の半導体ウエハ
を反応チャンバ内に対向配置して互いのエピタキシャル
成長対象表面の間に材料ガスを均一な層流として供給す
るには、両表面間の距離は必然的に狭いものとなる。従
って、サセプタ等のウエハ保持手段が前記距離相当に固
定配置されていると、その狭い空間内にロボットアーム
等の搬送装置を挿入してサセプタ上に半導体ウエハを搬
送して、装着或いは交換するのは非常に困難であった。
【0008】本発明は、上記問題点に鑑み、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
を簡便に所定の間隔を以て配置できるエピタキシャル成
長炉の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明に係るエピタキシャル成長炉
は、反応チャンバ内でサセプタに支持された半導体ウエ
ハの成長対象表面に高温下で材料ガスを供給することに
より前記表面にエピタキシャル層を形成するためのエピ
タキシャル成長炉において、一対の半導体ウエハをそれ
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
段と、各ウエハ保持手段に保持された半導体ウエハの成
長対象表面同士が間に反応空間としての間隙をあけて対
面するようにこれら一対のウエハ保持手段を反応チャン
バ内にて支持する支持機構と、少なくとも一方のウエハ
保持手段を反応チャンバに対して水平軸方向に変位させ
て前記反応空間の間隙を広げ又は狭める移動機構と、を
備えたものである。
【0010】また、請求項2に記載の発明に係るエピタ
キシャル成長炉は、請求項1に記載のエピタキシャル成
長炉において、前記移動機構は、少なくとも一方のウエ
ハ保持手段を支持機構ごと反応チャンバに対して水平軸
方向移動させるものである。
【0011】また、請求項3に記載の発明に係るエピタ
キシャル成長炉は、請求項2に記載のエピタキシャル成
長炉において、前記支持機構は、反応チャンバ内に同軸
対面配置された一対の円筒ドラム部を備え、一対の半導
体ウエハがそれぞれ各ドラム部の対向する開口端に設け
られた保持手段によって着脱可能に装着されるものであ
る。
【0012】本発明においては、一対の半導体ウエハを
反応チャンバ内で保持する一対のウエハ保持手段のうち
少なくとも一方が移動機構によって水平軸方向に変位で
きるものであるため、半導体ウエハ装着時には保持手段
を変位させて半導体ウエハ表面同士間の反応空間となる
間隙を広げることができ、ロボットアーム等の搬送装置
を広げた間隙内に挿入して保持手段への半導体ウエハの
搬送や装着、交換が容易に行える。また、ウエハ装着後
に保持手段を変位させて両成長対象表面間の間隙を所定
距離に狭めることができる。
【0013】本発明における移動機構は、ウエハ保持手
段をチャンバ内に支持する支持機構ごと変位させる構成
としても良い。特に、支持機構にウエハ保持手段が一体
的に備え付けられている場合には、支持機構ごと変位さ
せる必要がある。
【0014】このような支持機構としては、例えば、一
対の同軸対面配置された円筒ドラム部と、この各ドラム
部の互いに対向する開口端にこれを塞ぐように着脱可能
に半導体ウエハを装着する保持手段を備えたものが挙げ
られる。この場合、少なくとも一方のドラム部を水平軸
方向に変位できる構成とすれば良い。
【0015】なお、本発明における移動機構は、一対の
ウエハ保持手段又は支持機構のうち一方のみを変位させ
るものに限らず、両方を変位できるものでもよいが、装
置全体の大型化を抑えようとする観点からは、一方のみ
を変位させる構成の方が好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態として、一
対の半導体ウエハを各成長対象表面が対面するように保
持する一対の略円筒状のドラムサセプタ(ウエハ保持手
段および支持機構)を反応チャンバ内に配置し、各ドラ
ムサセプタを水平軸方向に変位させる移動機構を備えた
エピタキシャル成長炉を図1の概略構成図に示す。
【0017】本実施形態のエピタキシャル成長炉は、一
対の略円筒ドラム状のサセプタ2がそれぞれ回転可能に
反応チャンバ1内に支持されている。この両サセプタ2
の互いに対向する各一端側開口部は、この開口を塞ぐよ
うにそれぞれ一対の半導体ウエハ10を各成長対象表面
を対面させてウエハホルダ11を介して垂直方向に立て
て固定するものであり、各開口縁部はウエハホルダ11
の外周形状に合致し、ウエハホルダ11の周辺部がサセ
プタ開口周縁のロック機構Rによって解除可能に挟持さ
れる。
【0018】また、本実施形態においては、一対のサセ
プタ2のそれぞれに、サセプタ2を水平軸方向に変位さ
せる移動機構20を備えた。また、半導体ウエハ10の
搬送および装着、交換等を行うロボットアーム装置(不
図示)も備えている。そこで、ウエハ10の設置の際に
は、各移動機構20を駆動させて両サセプタ2を互いに
離れる方向へ変位させ、ウエハ10がホルダ11を介し
て装着されるサセプタ2の互いに対向する一端側開口部
同士間の距離を広くしたうえで、ロボットアーム装置に
より、ウエハホルダ11に保持されたウエハ10を搬送
し、各開口部に装着する。
【0019】一対のウエハ10をそれぞれホルダ11を
介してサセプタ開口部に装着したら、再び移動機構20
を駆動させて各サセプタ2を互いに近づける方向に変位
させ、両ウエハ10の成長対象表面同士間の間隔が予め
設定されている距離となる位置に位置決めする。
【0020】このように、本実施形態によれば、サセプ
タ2へのウエハ10の装着の際に広い作業空間が得られ
るため、縦置き型反応チャンバ1内への互いに近接して
配置されるべき一対の半導体ウエハ10の設置が、ロボ
ットアーム等の操作装置を用いて簡便に行える。
【0021】なお、サセプタ2の外周面部には、回転子
ハウジングh内に複数のベーン3が配置されてなる回転
駆動装置が構成されている。この回転駆動装置では回転
用ガス供給管4からベーン3に吹き付けられるガス供給
によって、サセプタ2に水平軸回りの回転力を付与し、
このサセプタ2の水平軸回りの回転によってウエハホル
ダ11と共に垂直面内に保持されている半導体ウエハ1
0も水平軸回りに回転させるものである。従って、本実
施形態においては、移動機構20によるサセプタ2の変
位は回転駆動装置ごと行うものである。
【0022】また、半導体ウエハ10を裏面側から加熱
するヒーター9を反応チャンバ1内に設置する場合は、
サセプタ2の変位を妨害しないように配置する。本実施
形態におけるサセプタ2は、円筒ドラム形状であるの
で、例えば回転用ガス供給管4からの回転用ガスをサセ
プタ2の外周面部の冷却も行うものとすることによっ
て、近設したヒーター9がサセプタ2を加熱しても、そ
の温度上昇を抑えることができれば、サセプタ2の円筒
ドラム部内というウエハ裏面に非常に近い位置にヒータ
ー9を配置できる。そこで、この場合、ヒーター9もサ
セプタ2と一体的に変位する構成としても良い。
【0023】以上のように、反応チャンバ1内で、一対
のサセプタ2を移動機構20で変位させることによって
広い空間で一対の半導体ウエハ10をサセプタ2に装着
した後は、移動機構20による変位で一対の半導体ウエ
ハ10を互いに非常に近接した状態で配置することがで
きる。従って、この一対の半導体ウエハ10間に形成さ
れ、材料ガスが供給される反応空間は、成長対象表面同
士間の間隔を所望の距離に設定できるため、材料ガスの
均一な層流が形成される最も適した距離とすることがで
きる。
【0024】本実施形態では、この一対の半導体ウエハ
10の成長対象表面同士の間に、チャンバ1上部からチ
ャンバ1内へ貫通挿入されている材料ガス供給管5から
ノズル6を介して材料ガスが供給されており、また一対
のウエハ10の成長対象表面間に供給された材料ガス流
の下流は、ノズル7を介して吸引されてガス排出管8か
らチャンバ1外へ排出される。即ち、このガス供給用ノ
ズル6とガス吸引用ノズル7との間の給排構造によって
反応空間内には上方から下方へ流通する材料ガスの層流
が形成される。
【0025】なお、この反応空間は、材料ガスが周囲の
サセプタ2や反応チャンバ1内壁に接して反応生成物が
堆積することがないように、周囲から独立した空間とな
ることが望ましい。そこで本実施形態では、一対のウエ
ハ10の成長対象表面間の周囲を、ウエハ10のほぼ上
方半周に沿った円弧状のスリット孔を有するガス供給用
ノズル6と、ウエハ10のほぼ残りの下方半周に沿った
円弧状のスリット孔を有するガス吸引用ノズル7とによ
って環状に覆われる構成とした。この一対のウエハ10
の成長対象表面間の空間は、完全に密閉隔離されている
わけではないが、ガス供給用ノズル6とガス吸引用ノズ
ル7の配置と、両ノズル(6.7)間の給排構造によっ
て、周囲からほぼ独立した反応空間が形成されている。
【0026】従って、半導体ウエハの装着は、シールド
された反応チャンバ1内の材料ガスを含まない基準ガス
或いは不活性ガス雰囲気中で行われ、装着後にサセプタ
2を互いに近づけてウエハの成長対象表面同士間が所定
間隔になるように位置決めするが、このときその成長対
象表面同士間の反応空間は、上下のノズル(6,7)の
配置と両ノズル間の給排構造によって専ら材料ガスのみ
が流通する周囲からほぼ独立した空間となる。
【0027】以上のように、本実施形態のエピタキシャ
ル成長炉によれば、移動機構を備えたことによって、従
来は困難であった縦置き型反応チャンバ内への一対の半
導体ウエハの近接配置が容易に行えた。
【0028】なお、上記実施形態においては、一対のサ
セプタの両方を移動機構によって水平軸方向に変位でき
る構成としたが、本発明はこれに限らず、いずれか一方
が変位できる構成であっても良い。
【0029】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明では、移動
機構によって一対のウエハ保持手段を反応チャンバに対
して水平軸方向へ変位できるため、ウエハ保持手段の互
いの間隔を広くして容易に半導体ウエハを装着すること
ができると共に、装着後は、一対の半導体ウエハの成長
対象表面同士間の反応空間を最適の間隔になるまでウエ
ハ保持手段を互いに近接させることができるという効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態としてのエピタキシャル
成長炉の反応チャンバを側面から見た概略縦断面図であ
る。
【符号の説明】
1:反応チャンバ 2:サセプタ 3:ベーン 4:回転用ガス供給管 5:材料ガス供給管 6:ノズル(材料ガス供給用) 7:ノズル(ガス吸引用) 8:ガス排気管 9:ヒーター 10:半導体ウエハ 11:ウエハホルダ 20:移動機構 R:ロック機構 h:回転子ハウジング
フロントページの続き (72)発明者 井上 和俊 群馬県安中市中野谷555番地の1 株式 会社スーパーシリコン研究所内 (72)発明者 儀間 眞敏 群馬県安中市中野谷555番地の1 株式 会社スーパーシリコン研究所内 (56)参考文献 特開 昭64−71118(JP,A) 特開 平8−293491(JP,A) 特開 昭62−57213(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応チャンバ内でサセプタに支持された
    半導体ウエハの成長対象表面に高温下で材料ガスを供給
    することにより前記表面にエピタキシャル層を形成する
    ためのエピタキシャル成長炉において、 一対の半導体ウエハ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と、 各ウエハ保持手段に保持された半導体ウエハの成長対象
    表面同士が間に反応空間としての間隙をあけて対面する
    ようにこれら一対のウエハ保持手段を反応チャンバ内に
    て支持する支持機構と、 少なくとも一方のウエハ保持手段を反応チャンバに対し
    て水平軸方向に変位させて前記反応空間の間隙を広げ又
    は狭める移動機構と、を備えたことを特徴とするエピタ
    キシャル成長炉。
  2. 【請求項2】 前記移動機構は、少なくとも一方のウエ
    ハ保持手段を支持機構ごと反応チャンバに対して水平軸
    方向移動させるものであ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. 【請求項3】 前記支持機構は、反応チャンバ内に同軸
    対面配置された一対の円筒ドラム部を備え、一対の半導
    体ウエハがそれぞれ各ドラム部の対向する開口端に設け
    られた保持手段によって着脱可能に装着されるものであ
    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。
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