JP3727147B2

JP3727147B2 - エピタキシャルウェハの製造方法およびその製造装置

Info

Publication number: JP3727147B2
Application number: JP21728297A
Authority: JP
Inventors: 石吉信平; 須悠一那
Original assignee: コマツ電子金属株式会社
Priority date: 1997-08-12
Filing date: 1997-08-12
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2017-08-12
Also published as: JPH1167668A; TW403941B

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、エピタキシャルウェハを製造するエピタキシャルウェハの製造方法およびその製造装置であって、反応炉内部にサセプターを収納し、その上に半導体ウェハを載置してエピタキシャルを成長させる枚葉式のエピタキシャルウェハの製造方法およびその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エピタキシャルウェハ製造装置によりエピタキシャルウェハを製造する際においては、精度を高めることができることと、自動化の容易性から枚葉式の製造装置が最も普及している。
この枚葉式の製造装置においては、エピタキシャル成長処理を行う反応炉内に収納され、サセプターの上に載置されて加熱されているウェハに対し、SiHCl₃やHCl といったソースガスを流入させ、ウェハ表面にエピタキシャルを成長させる。
【０００３】
この反応炉の内周壁は、金属汚染を防止する目的で石英やファインセラミックといった非金属で形成され、その外周壁は金属で形成されている。
したがって、この反応炉の構成は例えば図８に示すように、外周壁を形成するベースプレート３と、このベースプレート３の内周側に配置し積層されることにより内周壁を形成する下部ライナー５および上部ライナー６と、この内周壁の上下を密閉する上部ドーム７１と下部ドーム７２と、ソースガス噴出部９１と、ソースガス排出部９２とからなり、その内部に半導体ウェハ（図示せず）を載置するサセプター８が収納されている。尚、上部ドーム７１および下部ドーム７２はクランプリング３０によりそれぞれ固定されている。
【０００４】
この下部ライナー５を図８のＥ−Ｅ線上から見ると、図９に示す平面図のようになる。つまり、下部ライナー５およびベースプレート３は共に略ドーナッツ状に形成され、図８の要部拡大図である図１０に示すように、下部ライナー５の外周面５１および上部ライナー６の外周面６１は、ベースプレート３の内周面３１にほぼ全体に渡って接触している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらのSiHCl₃やHCl といったソースガスは、ベースプレート３と上下ライナー５、６との接触部分３５に流入することができる上に、水分の存在下で激しい腐食性を有しているため、金属部分であるベースプレートと石英質のライナーとの接触部分３５に水分が存在した場合は、この部分に重金属汚染が生じる。すなわち、反応炉を新規に使用する前または定期保守点検整備において、反応炉内部が外気に晒された際、ソースガスは空気中に含まれる水分の存在下でベースプレートと反応して重金属汚染を生じる結果となる。これらの重金属汚染は、徐々に蒸発するか、またはダストとして反応炉内に侵入してウェハを汚染することになる。
【０００６】
高品質のエピタキシャルウェハを製造するにあたっては、この重金属汚染レベルを下げることが要求され、その重金属汚染を低減させるためには、新規使用または定期保守点検整備後において、少なくとも７０枚以上、望ましくは１００枚以上のダミーランを行うことにより反応炉内の浄化をし、例えば図５に示すようにそのＦｅ濃度を１０¹²atoms/cc以下にしている。
【０００７】
しかしながら、上記したようにこの重金属汚染を要求される規格値まで低下させるためには少なくとも７０枚以上のダミーランを行う必要があり、これに使用される半導体ウェハが廃棄処分され、このダミーランにかかるコスト及び時間が無駄になるという問題点があった。
また、量産開始後のエピタキシャル成長においても、図６に示すようにこの
Ｆｅ濃度の低下は１０¹¹atoms/cc程度であり、従来の反応炉ではこれ以上の低減は望めなかった。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、定期保守点検整備等において反応炉内に生じる重金属汚染を大幅に低減させると共に、エピタキシャル成長中においてもこの重金属汚染の影響を受けないエピタキシャルウェハの製造方法およびその製造装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため本発明では、反応炉内で半導体ウェハとソースガスとを反応させてエピタキシャルを成長させるエピタキシャルウェハの製造方法において、反応炉の外壁を形成するベースプレートと、該反応炉の内周壁を形成するライナーとの間にパージガスを流入させながら前記エピタキシャルを成長させるようにしたものである。
【００１０】
また、反応炉内で半導体ウェハとソースガスとを反応させてエピタキシャルを成長させるエピタキシャルウェハの製造方法において、エピタキシャル成長以外の保守点検整備の作業中において、反応炉の外壁を形成するベースプレートと、該反応炉の内周壁を形成するライナーとの間にパージガスを流入させるようにしたものである。
そして、反応炉内で半導体ウェハとソースガスとを反応させてエピタキシャルを成長させるエピタキシャルウェハの製造方法において、反応炉の外壁を形成するベースプレートと、該反応炉の内周壁を形成するライナーとの間にパージガスを流入させながら前記エピタキシャルを成長させ、前記エピタキシャル成長以外の保守点検整備の作業中においては、前記ベースプレート及び前記ライナーの間に異なるパージガスを流入させるようにしたものである。
【００１１】
さらに、ソースガス噴出部と、ソースガス排出部と、外周壁を形成するベースプレートと、該ベースプレートの内周側に設けられ内周壁を形成するライナーと、該内周壁の上下部分をそれぞれ密閉する下部ドームおよび上部ドームとからなる反応炉を備えたエピタキシャルウェハ製造装置において、前記ベースプレートと前記ライナーとの間に連通したパージガス噴出装置を設けたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、エピタキシャルウェハ製造装置の反応炉内において発生する金属汚染を低減させることを目的としている。その手段としては、ソースガスとは異なるガスを反応炉内に流入させることにより浄化（以下、「パージ」と称する）をし、ソースガスと金属部分と水分の３要素の共存を極限させると共に、結果的に発生した微少な金属汚染源を効率的に排除するようにしたものである。
特に、この金属汚染は上記したようにライナーとその外周面に当接して反応炉の外壁を形成するベースプレートとの接触面に最も発生していたことから、この部分にパージガスを均等に流入できるように反応炉を構成している。
【００１３】
また、このパージガスの流入はエピタキシャル成長中およびそれ以外の定期保守点検整備等の間の双方において行うと最も効果的である。エピタキシャル成長中においては、その成長に影響を与えない水素ガスを流す。一方、それ以外の大気に晒される工程中においては、水素ガスが室内に流れ出すと火災や爆発の原因となるため、窒素ガスまたはＡｒなどの不活性ガスを流入させる。
【００１４】
このパージガスを流入させる手段としては、パージガス噴出装置をベースプレートとライナーとの間に連通させ、これに連通すると共に、ベースプレートとライナーとの間にその周回に沿ってパージガス流入溝を形成することにより、パージガス噴出装置からのパージガスがベースプレートとライナーとの間にスムーズにしかも均一に流入するように設けている。
【００１５】
さらに、ライナーにその外周側と内周側とを連通する連通穴を形成し、この連通穴の内周側から反応炉内に流出するパージガスが、ライナーの内周壁に沿って流れるような方向に連通穴を形成している。これにより、反応炉内部に流れたパージガスは渦流を発生させながらサセプター下方に流れ、ソースガスの流入には影響を与えないように設けられている。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係るエピタキシャルウェハ製造装置の反応炉の一部切断側面図、図２は図１のＡ−Ａ線から見た上部ドームを取り外した状態を仮想した反応炉の平面図、図３は図２のＤ−Ｄ線における反応炉の要部断面図、図４は図１のＢ−Ｂ線における平面断面図、図５は図１のＣ−Ｃ線における平面断面図、図６はダミーランにおけるＦｅ濃度の変化を従来技術と比較するグラフ、図７は量産におけるＦｅ濃度の変化を従来技術と比較するグラフである。
【００１７】
図１に示すように、本実施例のエピタキシャルウェハ製造装置は枚葉式の製造装置であり、従来の反応炉と同様に外周壁を形成するベースプレート３と、このベースプレート３の内周側に配置し積層されることにより内周壁を形成する下部ライナー２および上部ライナー４と、この内周壁の上下を密閉する上部ドーム７１と下部ドーム７２と、ソースガス噴出部９１と、ソースガス排出部９２とからなり、その内部にサセプター８が収納され、上部ドーム７１および下部ドーム７２はクランプリング３０によりそれぞれ固定されている。尚、上下部ライナー２、４は石英により形成されている。
【００１８】
図２に示すように、本実施例の反応炉には、その内部にパージガスを流入させるパージガス噴出装置１が設けられ、図３に示すようにこのパージガス噴出装置１は噴出管１１、１２を介して、上部ライナー４とベースプレート３との間に形成された間隙４３、および下部ライナー２とベースプレート３との間に形成された間隙２３に連通している。また、ベースプレート３の内周面には間隙２３、４３へのパージガスの流入をよりスムーズにするためのパージガス流入溝３２、３４が形成されている。
【００１９】
図４に示すように、間隙４３は上部ライナー４とベースプレート３との間に周回して形成され、パージガス流入溝３４もまたこの間隙４３に倣って周回して形成されている。また、上部ライナー４にはその内部と間隙４３とを連通させる連通穴４１が形成されている。
【００２０】
図５に示すように、間隙２３は下部ライナー２とベースプレート３との間の一部に円弧状に形成され、パージガス流入溝３２もまたこの間隙２３に倣って円弧状に形成されている。
【００２１】
尚、半導体ウェハ（図示せず）にエピタキシャルを成長させるにあたっては、ウェハ挿入部９から半導体ウェハを挿入してサセプタ８上に載置し、ソースガス噴出部９１からソースガスを流入させ、ソースガス排出部９２から排出することによりなされる。
【００２２】
次に、本実施例の作用について説明する。
本実施例の製造装置を使用してエピタキシャルウェハを製造するにあたっては、エピタキシャル成長中およびそれ以外の保守点検整備等の作業中において、それぞれ種類の異なるパージガスを流入させてパージする。
【００２３】
まず、保守点検整備等の作業中においては、パージガスとしての窒素ガスを 0.5 l/分のレートで、間隙２３および間隙４３の両方に流入させる。これにより、外気がこの間隙２３、４３に入り込むのを防止するため、従来、保守点検整備等の作業中に生じていた水分の付着がなく、ソースガスが流入した場合の反応を防止できる。
【００２４】
つぎに、エピタキシャル成長中においては、腐食性がなく、エピタキシャル成長に影響を与えない水素ガスをパージガスとして流入させる。このパージガスは2.0 l/分のレートで、間隙２３および間隙４３の両方に流入される。これにより、ソースガスがこれら間隙に入ることを防ぐことができる。図４に示すように、間隙４３に流入したパージガスの殆どは、連通穴４１を通って反応炉の内部に排出されるが、連通穴４１が上部ライナー４の内周面の接線方向に形成されているため、排出されたパージガスは渦流となって、半導体ウェハ近くでソースガスの流入に合流し、エピタキシャル成長に影響をあたえることはない。
【００２５】
Ｆｅ濃度により本実施例の反応炉と従来技術の反応炉における重金属汚染状態を比較すると、図６及び図７に示すような結果を得られた。
すなわち、図６に示すように定期保守点検整備後の本発明におけるＦｅ濃度は従来の約１０分の１である。また、このダミーラン開始前におけるＦｅ濃度は従来の反応炉における１００枚のダミーラン終了後の値と略同じである。
さらに、ダミーラン後の量産においても図７に示すように汚染レベルが従来より大幅に低い約１０¹⁰atoms/ccを維持できる。
【００２６】
尚、上記実施例においては、上下ライナー２、４の外周部に凹部を形成することにより間隙２３、４３を形成し、ベースプレート３の内周側にパージガス流入溝３２、３４を形成していたが、これに限られるものではなく、ライナーとベースプレートとの間に間隙とパージガス流入溝が形成されていればよい。
また、ライナーとベースプレートとの間の間隙が、パージガスを均一にスムーズに流入させることができるように形成されていれば、必ずしもパージガス流入溝を設ける必要はない。
【００２７】
さらに、上記実施例においては、エピタキシャル成長中に水素ガスを、作業中に窒素ガスをパージガスとして流入させていたが、これに限られるものではなく、例えばHeやArといった不活性ガスでも同様の効果を得られる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明では以上のように構成したので、定期保守点検整備等のエピタキシャル成長以外において外気との接触により反応炉内に生じる重金属汚染を大幅に低減させ、エピタキシャル成長中においてもこの重金属汚染の影響を受けないという優れた効果がある。また、量産開始後においても従来の反応炉に比し重金属汚染レベルを大幅に低減することができ、より高品質なエピタキシャルウェハを製造することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエピタキシャルウェハ製造装置の反応炉の一部切断側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線から見た上部ドームを取り外した状態を仮想した反応炉の平面図である。
【図３】図２のＤ−Ｄ線における反応炉の要部断面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線における平面断面図である。
【図５】図１のＣ−Ｃ線における平面断面図である。
【図６】ダミーランにおけるＦｅ濃度の変化を従来技術と比較するグラフである。
【図７】量産におけるＦｅ濃度の変化を従来技術と比較するグラフである。
【図８】従来技術の枚葉式のエピタキシャルウェハ製造装置の構成を示す一部切断側面図である。
【図９】図８のＥ−Ｅ線から見たベースプレートとライナーの関係を示す平面図である。
【図１０】図９のＦ−Ｆ線から見た要部拡大側面断面図である。
【符号の説明】
１‥‥‥パージガス噴出装置
１１‥‥噴出管
１２‥‥噴出管
２‥‥‥下部ライナー
２３‥‥間隙
３‥‥‥ベースプレート
３０‥‥クランプリング
３２‥‥内周面
３２‥‥パージガス流入溝
３４‥‥パージガス流入溝
３５‥‥接触部分
４‥‥‥上部ライナー
４１‥‥連通穴
４３‥‥間隙
５‥‥‥下部ライナー
５１‥‥外周面
６‥‥‥上部ライナー
６１‥‥外周面
７１‥‥上部ドーム
７２‥‥下部ドーム
８‥‥‥サセプター
９‥‥‥ウェハ挿入部
９１‥‥ソースガス噴出部
９２‥‥ソースガス排出部

Claims

反応炉内で半導体ウェハとソースガスとを反応させてエピタキシャルを成長させるエピタキシャルウェハの製造方法において、
反応炉の外壁を形成するベースプレートと、該反応炉の内周壁を形成するライナーとの間にパージガスを流入させながら前記エピタキシャルを成長させることを特徴とするエピタキシャルウェハの製造方法。
反応炉内で半導体ウェハとソースガスとを反応させてエピタキシャルを成長させるエピタキシャルウェハの製造方法において、
エピタキシャル成長以外の保守点検整備の作業中において、反応炉の外壁を形成するベースプレートと、該反応炉の内周壁を形成するライナーとの間にパージガスを流入させることを特徴とするエピタキシャルウェハの製造方法。
反応炉内で半導体ウェハとソースガスとを反応させてエピタキシャルを成長させるエピタキシャルウェハの製造方法において、
反応炉の外壁を形成するベースプレートと、該反応炉の内周壁を形成するライナーとの間にパージガスを流入させながら前記エピタキシャルを成長させ、
前記エピタキシャル成長以外の保守点検整備の作業中においては、前記ベースプレート及び前記ライナーの間に異なるパージガスを流入させることを特徴とするエピタキシャルウェハの製造方法。
パージガスが不活性ガスであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のエピタキシャルウェハの製造方法。
エピタキシャル成長時のパージガスが水素ガスであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエピタキシャルウェハの製造方法。
エピタキシャル成長以外において流入させるパージガスが窒素ガス又はＡｒガスであることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のエピタキシャルウェハの製造方法。
ソースガス噴出部と、ソースガス排出部と、外周壁を形成するベースプレートと、該ベースプレートの内周側に設けられ内周壁を形成するライナーと、該内周壁の上下部分をそれぞれ密閉する下部ドームおよび上部ドームとからなる反応炉を備えたエピタキシャルウェハ製造装置において、
前記ベースプレートと前記ライナーとの間に連通したパージガス噴出装置が設けられたことを特徴とするエピタキシャルウェハ製造装置。
パージガス噴出装置に連通すると共に、ベースプレートとライナーとの間にその周回に沿ってパージガス流入溝が形成されたことを特徴とする請求項７記載のエピタキシャルウェハ製造装置。
ライナーにその外周側と内周側とを連通する連通穴を形成したことを特徴とする請求項７記載のエピタキシャルウェハ製造装置。
ライナーに形成された連通穴の内周側から反応炉内に流出するパージガスが、ライナーの内周壁に沿って流れるように前記連通穴が形成されたことを特徴とする請求項９記載のエピタキシャルウェハ製造装置。