JP4319723B2

JP4319723B2 - Epitaxial growth method

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Publication number: JP4319723B2
Application number: JP1542099A
Authority: JP
Inventors: 誠一高橋; 伸浅利; 哲雄三橋; 秀夫山縣; 健芳河本
Original assignee: Sony Corp; Ulvac Inc
Current assignee: Sony Corp; Ulvac Inc
Priority date: 1999-01-25
Filing date: 1999-01-25
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2019-01-25
Also published as: JP2000216102A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエピタキシャル成長装置の技術分野にかかり、特に、低温でエピタキシャル成長を行う技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、シリコン層のエピタキシャル成長は、１０００℃〜１２００℃程度の高温で行われている。しかし、高温でシリコン層のエピタキシャル成長を行う場合には、高温のため、基板中の不純物が一旦雰囲気ガス中に放出され、それが再びエピタキシャル層中に取り込まれるオートドーピング現象が発生する。このオートドーピング現象が発生すると、成長中のエピタキシャル層の濃度制御が困難になり、所望濃度のエピタキシャル層が得られないという問題がある。
【０００３】
また、基板表面にエピタキシャル層を成長させる際、基板に含まれる不純物が、エピタキシャル層側に移動したり、また、逆に、エピタキシャル層中の不純物が基板側へ移動するという現象がある。この移動は、温度が高くなると増大する傾向にあり、エピタキシャル層の濃度制御を一層困難なものにしている。
【０００４】
更に、集積回路ＩＣに用いられるバイポーラトランジスタの高速化のためには、高濃度且つ薄いベース層の形成が不可欠である。しかし、従来のイオン注入技術では、チャネリングのため、４０ｎｍ以下のベース層を形成することは困難であった。
【０００５】
近年、この問題に対する対策の一つとして、ベース層となる高不純物層を、イオン注入ではなく、エピタキシャル成長によって形成させる技術が盛んに研究されており、チャネリングが無いことから、薄いベース層を形成できると期待されている。
【０００６】
また、一方では、ＭＯＳＦＥＴ(metal oxide semiconductor field effect transistor)に於いても、ショートチャネルに有利なエピタキシャルウエハやソース・ドレイン部の選択エピタキシャル成長が期待され、その研究が進められている。
【０００７】
従来の一般的なシリコンエピタキシャル成長は上述したように通常１０００℃〜１２００℃の高温且つ大量の高純度水素雰囲気下でエピタキシャル成長させるため、シリコン基板表面に、ダメージ層や、重金属の汚染が無い限り、その結晶性が悪化することはない。
【０００８】
しかし、バイポーラトランジスタのベース層をエピタキシャル成長によって形成する場合には、急峻なプロファイルを得る必要がある。このため、エピタキシャル成長中の拡散を防止するために、熱処理温度をできるだけ低くする必要があり、ベース層形成のシリコンエピタキシャル成長は、５００℃〜９００℃という低温で行われている。
【０００９】
このように、低温でシリコンエピタキシャル成長を行うためには、きわめて清浄度の高い雰囲気で成膜しなければならない。特に、成膜装置内部の水分や酸素の分圧を十分に低減し、管理しなければ良好な結晶性を有するエピタキシャル成長とはならない。
【００１０】
上述したように、低温でシリコンエピタキシャル成長を行うためには、清浄度の高い雰囲気で行わなければならない理由を図４を参照して説明する。図４(ａ)〜(ｃ)は、シリコン基板２０１に対するエピタキシャル成長過程を示す模式的な概要断面図である。
【００１１】
図４(ａ)に示すシリコン基板２０１上に、低温でシリコンエピタキシャル成長を行うためには、例えばシリコン基板２０１をエピタキシャル成長装置に導入する前に、その表面を希フツ酸処理等によって清浄な表面出しを行っても、エピタキシャル成長装置内部の水分や酸素の分圧が高い場合は、図４(ｂ)に示すように、エピタキシャル成長前にシリコン基板２０１の表面が再び酸化されて、酸化膜が生じたり、エピタキシャル成長途中で島状に酸化膜２０２が形成される。このような酸化膜２０２が発生すると、図４(ｃ)に示すように、シリコン結晶成長が阻害されて基板２０１上に成長されたシリコン成長層２０３内に積層欠陥２０４が発生し易くなる。
【００１２】
そしてこのような積層欠陥が発生すれば、シリコン成長層２０３の表面ラフネス(表面粗さ)が大きくなり、その表面が悪化し良好な結晶性が得られない。
【００１３】
このようなエピタキシャル成長の可否と、成長温度と、雰囲気中の水分分圧との関係については、G.Ghidini and F.W.Smith によって報告されている(J.Electrochem. Soc. vol.131,pp.2924(1984)。図２は、この文献における上記の関係を示す図である。
【００１４】
これによれば、エピタキシャル成長の可否の境界直線Ｌで示されるように、設定した成膜の温度条件(横軸)において直線Ｌ上の水分分圧以下の水分分圧で成膜しなければ酸化され易く、表面のラフネスが悪くなる。すなわち単結晶成長しない傾向があることを示し、シリコンエピタキシャル成長を低温で行う程、水分分圧を低くしないと酸化が生じ易くなることを示している。
【００１５】
上述した低温エピタキシャル成長における水分分圧を低減するための解決策の一つとして、図３に示す装置がある。図３の符号１０１は、そのようなエピタキシャル成長装置であり、複数枚一括処理するバッチ方式が採用されており、縦型の反応室１１２内にシリコン基板を１００枚程度収容し、一括してエピタキシャル成長ができるように構成されている。
【００１６】
このエピタキシャル成長装置１０１は、第１、第２のロードロック室１３１、１３２と、搬入室１２５を有しており、第２のロードロック室１３２は、ゲートバルブ１２４を介して上述の反応室１１２に接続されている。
【００１７】
また、搬入室１２５と第１のロードロックの間と、第１のロードロック室１３１と第２のロードロック室１３２の間は、それぞれゲートバルブ１２２、１２３を介して接続されている。
【００１８】
第１、第２のロードロック室１３１、１３２と、反応室１１２には、それぞれ真空ポンプ１４１〜１４３が接続されており、各室１３１、１３２、１１２を個別に真空排気できるように構成されている。
【００１９】
このエピタキシャル成長装置１０１を使用する場合には、各ゲートバルブ１２２〜１２４を閉じた状態で真空ポンプ１４１〜１４３を動作させ、反応室１１２と第１、第２のロードロック室１３１、１３２とを個別に高真空雰囲気しておく。
【００２０】
第１のロードロック室１３１には、窒素ガス導入ポート１２８が設けられており、第１のロードロック室１３１内を真空雰囲気にした後、窒素ガス導入ポート１２８から窒素ガスを導入し、予め大気圧まで復圧させておく。
【００２１】
搬入室１２５内には、反応室でエピタキシャル成長を行う際に基板を裁置するためのボート１１６を配置しておき、ボート１１６上にシリコン基板を搭載した後、ゲートバルブ１２２を開け、ボートを第１のロードロック室１３１内に移動する。
【００２２】
次いで、ゲートバルブ１２２を閉じ、第１のロードロック室１３１を搬入室１２５から遮断した後、第１のロードロック室１３１内を真空排気する。
【００２３】
第２のロードロック室１３２は、予め５．０×１０^-6Ｐａ程度の圧力まで真空排気されており、第１のロードロック室１３１内が同程度の圧力まで真空排気された後、第１、第２のロードロック室１３１、１３２間のゲートバルブ１２３を開け、ボートを第２のロードロック室１３２内に搬入する。
【００２４】
このとき、反応室１１２は、約５．０×１０^-7Ｐａ程度の圧力まで真空排気されている。続いて、反応室１１２の真空排気を止めて、水素ガスを導入した直後にゲートバルブ１２４を開け、第２のロードロック室１３２内のボート１１６を、第２ロードロック室と反応室１１２の間を昇降させるための機構であるボートローダ１２９によって反応室１１２内に移載する。
【００２５】
符号１１６は、反応室１１２内に移載された状態のボートを示しており、シリコン基板１１７が搭載されている。
【００２６】
反応室１１２は石英製であり、その周囲には、発熱体１１５が配置されている。シリコン基板を反応室１１２へ移載後、所望の超高真空圧力まで真空排気後、真空排気しながら、水素ガスを導入して、発熱体１１５に通電して発熱させ、シリコン基板１１７を加熱する。シリコン基板１１７を約９００℃程度まで昇温し、シリコン基板１１７表面に形成された自然酸化膜を除去する。
【００２７】
自然酸化膜の除去後、発熱体１１５への通電量を制御し、シリコン基板の温度を所望の成膜温度まで低下させた後、反応室１１２内にシリコンエピタキシャル層の原料となるガスを導入し、シリコン基板１１７表面へのシリコンエピタキシャル層成長を行う。
【００２８】
シリコンエピタキシャル層が所定膜厚に形成された後、反応室１１２へ移載したのとは逆の手順でシリコン基板１１７を搬入室１２５へ移載し、エピタキシャル成長装置１０１外へ取り出す。
【００２９】
上記のようなエピタキシャル成長装置１０１では、エピタキシャル成長プロセスを繰り返し行うと、反応室１１２の内壁にシリコン薄膜が付着形成され該薄膜が剥離する場合パーティクルになり、エピタキシャル層の欠陥原因となるため除去する必要がある。
【００３０】
そこで、エピタキシャル成長プロセスがある程度の回数行われた時点で、反応室１１２の清掃が行われており、その清掃のために、反応室１１２と真空ポンプ１４３に接続する排気経路１１３と第１、第２のロードロック室１３１、１３２とを大気に開放し、石英製の反応室１１２を取り外し、ウエットエッチング処理によってシリコン薄膜を除去し、乾燥させた後、該石英製チューブ等を元通り取り付けている。
【００３１】
しかしながら、清掃の際に、反応室１１２や排気経路１１３、第１、第２のロードロック室１３１、１３２の内部が大気に暴露されるため、その壁面等に水分等が吸着してしまい、超高真空雰囲気まで真空排気できなくなってしまう。
【００３２】
そこでこのエピタキシャル成長装置１０１では、第１、第２のロードロック室１３１、１３２と排気経路１１３に、テープヒータ１２６a、１２６b、１２６cが巻かれており、テープヒータ１２６a、１２６b、１２６cを発熱させ、第１、第２のロードロック室１３１、１３２と排気経路１１３とを加熱できるように構成されている。
【００３３】
エッチング処理後、各ゲートバルブ１２２〜１２４を閉じ、真空排気しながら第１、第２のロードロック室１３１、１３２と排気経路１１３とを１５０℃程度に加熱することで、ベーキング(第１、第２のロードロック室１３１、１３２と排気経路１１３の内壁に付着した水分等の焼き出し)を行えるようになっている。この時、反応室１１２は、発熱体１１５に通電して過熱しておく。図６の符号１３７は、第１、第２のロードロック室１３１、１３２や排気経路１１３の壁面を示している。
【００３４】
テープヒータ１２６a、１２６b、１２６cによるベーキングを行うと、排気経路１１３と、第１、第２のロードロック室１３１、１３２内の雰囲気を超高真空雰囲気まで戻すことができる。
【００３５】
しかしながら上記エピタキシャル成長装置１０１では、その構造上、ボートローダ１２９や、ゲートバルブ１２２〜１２４等はテープヒータを巻きつけることができない。従って、その部分は十分なベーキングが行えず、真空雰囲気中に放出された水分等が排気経路１１３や第２のロードロック室１３２内に再吸着し、所望の到達圧力まで真空排気するまでや、低い水分分圧にするまでに膨大な時間を要し、メンテナンス時間が増大し、装置の生産性を悪化させる原因となっていた。
【００３６】
また、このエピタキシャル成長装置１０１は、反応室１１２と第２のロードロック室１３２の間等の接続部分にはＯリングが設けられている。このエピタキシャル成長装置１０１には、冷却装置１５０が設けられており、Ｏリングが設けられた部分には、冷却装置１５０に接続された循環路１５１が配置されている。そして、発熱体１１５を発熱させる際には、循環路１５１内に冷却水を循環させ、Ｏリング周囲を冷却することで、Ｏリングが熱損しないようにされている。しかし、上記のようなベーキングを行う場合には、テープヒータの周辺にもＯリングが配置されているため、循環路１５１内から冷却水を抜き取り、循環路１５１内の冷却水が沸騰しないようにする必要があり、その抜き取り作業に要する時間が、更にメンテナンス時間を増大させるという問題もある。
【００３７】
更に、上記従来技術のエピタキシャル成長装置１０１では、シリコン基板１１７をボート１１６上に搭載する際に、搬入室１２５内が大気に開放されるため、シリコン基板１１７の搭載後、ボート１１６を搬入室１２５内から第１のロードロック室１３１内に移動させる際に、第１のロードロック室１３１内が大気に暴露されてしまう。
【００３８】
従って、第１のロードロック室１３１内に大気中の水分が侵入すると、第１のロードロック室１３１の内壁に吸着されてしまう。水分の吸着エネルギーは大きいため、その状態から、第１のロードロック１３１内を５．０×１０^-6Ｐａ程度の圧力にするためには膨大な真空排気時間を必要とし、スループットが悪化するという問題がある。
【００３９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、反応室内部の水分分圧を低くし、低温で高品質のエピタキシャル層を形成できるエピタキシャル成長装置を提供することにある。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、搬入室と、前記搬入室に接続された搬送室と、前記搬送室に接続された第一ロードロック室と、前記第一ロードロック室に接続された第二ロードロック室と、前記第二ロードロック室に接続された反応室とを有し、前記搬入室内にシリコン基板を搬入し、前記搬入室内から前記反応室内に、前記搬送室と前記第一ロードロック室と前記第二ロードロック室とを通って、前記シリコン基板を移動させ、前記反応室内で前記シリコン基板にエピタキシャル成長をさせるエピタキシャル成長方法であって、前記搬入室内に前記シリコン基板を配置し、前記搬入室内に窒素ガスを導入して窒素ガス雰囲気にし、前記搬入室と窒素ガス雰囲気にされた前記搬送室との間のゲートバルブと、前記搬送室と窒素ガス雰囲気にされた第一ロードロック室との間のゲートバルブを開け、前記搬送室内に配置された移載ロボットによって、窒素ガス雰囲気にされた前記第一ロードロック室内に前記搬入室内の前記シリコン基板を移動させて、前記第一ロードロック室内に配置されたボードに前記シリコン基板を配置し、前記第一ロードロック室と前記搬送室の間のゲートバルブを閉じ、前記第一ロードロック室内を真空排気し、前記第一ロードロック室と真空排気された前記第二ロードロック室との間のゲートバルブを開け、前記シリコン基板が配置された前記ボードを前記第二ロードロック室内に移動させ、前記第二ロードロック室と前記第一ロードロック室の間のゲートバルブを閉じ、前記第二ロードロック室と前記反応室の間のゲートバルブを開けて前記シリコン基板が配置された前記ボードを前記反応室内に移動させ、水素ガス雰囲気中で前記シリコン基板を加熱して表面の酸化膜を還元除去した後、前記反応室内に原料ガスを導入して前記シリコン基板表面にシリコンエピタキシャル層を成長させるエピタキシャル成長方法である。
【００４１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のエピタキシャル成長方法であって、前記反応室と前記第二ロードロック室の間の前記ゲートバルブの内部に熱媒体が流れる循環路を設け、前記ゲートバルブを昇温させて前記第二ロードロック室を真空排気するエピタキシャル成長方法である。
【００４５】
本発明は上記のように構成されており、搬入室と、ロードロック室と、反応室とを有している。搬入室と、ロードロック室と、反応室とは、それぞれ個別に気密にできるように構成されており、また、搬入室内に配置された基板を、大気に曝さずに、ロードロック室を通して反応室内に搬入できるように構成されている。反応室内に搬入された基板を加熱しながらエピタキシャル層の原料ガスを導入すると、基板表面にエピタキシャル成長を行えるようになっている。
【００４６】
更に、このエピタキシャル成長装置では、搬入室とロードロック室との間に搬送室が配置され、その搬送室と、前述の搬入室及びロードロック室には、窒素ガス導入ポートがそれぞれ設けられている。
【００４７】
搬入室に設けられた窒素ガス導入ポートを用いれば、搬入室だけを大気に開放して基板を搬入し、大気雰囲気との間の扉を閉じ、搬入室内を大気から遮断させた後、内部に窒素ガスを導入すると、搬入室内を所望の水分濃度の窒素ガス雰囲気に置換することができる。
【００４８】
また、搬送室に設けられた窒素ガス導入ポートを用い、搬送室内部に窒素ガスを導入すると、搬送室内部も所望の水分濃度の窒素ガス雰囲気にすることができる。
【００４９】
また、ロードロック室は、予め高真空雰囲気まで真空排気しておき、ロードロック室に設けられた窒素ガス導入ポートを用い、同様に、内部を窒素ガス雰囲気にしておくと、搬入室と搬送室との間のゲートバルブ及び搬送室とロードロック室の間のゲートバルブを開け、搬送室を通し、窒素ガス雰囲気中で基板を搬入室からロードロック室内に搬入することができる。
【００５０】
ロードロック室内に、大気が侵入しないので、搬入後、ロードロック室と搬送室の間のゲートバルブを閉じ、ロードロック室内を真空排気すると、短時間で高真空雰囲気まで真空排気することができる。
【００５１】
複数のロードロック室から構成されている場合には、最も搬送室に近いロードロック室のみを用いることにより、ロードロック室の容積が小さい分さらに短時間で高真空雰囲気を達成できる。
【００５２】
またボートは、基板を搭載した状態で反応室内に搬入されるので、ボートに水分が吸着している場合、エピタキシャル成長層の結晶性を悪化させるが、ボートが大気に曝されないため、ボートに水分等が吸着することがなく、従って、反応室内に水分が侵入することもない。
【００５３】
ロードロック室内の基板を反応室内に搬入する際、基板が搭載されたボートをロードロック室内に設けられたボートローダにより、ボートごと基板を反応室内に搬入する。このエピタキシャル成長装置では、そのボートローダのボートが載置された底部に循環路が位置するようにされており、その循環路内は、加熱されたオイルが循環できるように構成されている。
【００５４】
従って、ベーキングを行う際に、ボートローダも加熱することができるので、ロードロック室内を短時間で超高真空雰囲気まで真空排気することができる。
【００５５】
この循環路は、反応室とロードロック室との間に設けられたＯリング周囲にも配置されており、エピタキシャル成長を行う際には、冷却されたオイルがその循環路内を循環するように構成されている。
【００５６】
このように、本発明のエピタキシャル成長装置では、ベーキングを行うときに加熱される部分に冷却水は用いられていないので、ベーキングの際に冷却水が沸騰することがない。従って、水抜き作業が不要であり、ベーキングの作業時間を大幅に短縮させることができる。
【００５７】
【発明の実施の形態】
本発明の基板移載方法を、本発明のエピタキシャル成長装置と共に説明する。図１を参照し、符号１は、本発明の一実施形態のエピタキシャル成長装置であり、上述した従来技術のエピタキシャル成長装置１０１と同様に、第１、第２のロードロック室３１、３２と、搬送室１４と、反応室１２等とを有している。
【００５８】
このエピタキシャル成長装置１では、更に、搬入室２５が設けられている。搬入室２５は、搬送室１４の前段に配置されており、従って、搬入室２５と、搬送室１４と、第１のロードロック室３１と、第２のロードロック室３２と、反応室１２とは、この順序で配置されている。そして、各室１４、２５、３１、３２、１２は、それぞれゲートバルブ９、２２〜２４を介して接続されており、後述するように、搬入室２５内に搬入したシリコン基板をその順序で通過させ、反応室１２内に搬入できるように構成されている。
【００５９】
このエピタキシャル成長装置１を使用する場合、予め各ゲートバルブ９、２２〜２４を閉じ、真空ポンプ４１〜４３を動作させ、第１、第２のロードロック室３１、３２内は５．０×１０^-6Ｐａ程度の圧力、反応室１２内は５．０×１０^-7Ｐａ程度の圧力まで真空排気しておく。このとき、ボート１６は、第１のロードロック室３１内に配置しておく。
【００６０】
また、発熱体１５に通電し、反応室１２は４００℃程度に昇温させておく。このエピタキシャル成長装置１は、加熱冷却装置５０を有しており、発熱体１５に通電する際には、Ｏリングが配置された部分に、後述するように、２０℃程度に温度制御した熱媒体を循環させ、Ｏリングを冷却できるように構成されている。この冷却装置５０については、後述するベーキング作業において併せて説明する。
【００６１】
搬入室２５と、搬送室１４と、第１のロードロック室３１には、窒素ガス導入ポート２０、２１、２８がそれぞれ設けられており、第１のロードロック室３１は真空排気できる構成で、搬送室１４と、搬入室２５とは、個別に大気中で窒素置換できるように構成されている。搬入室２５と搬送室１４の内部に、窒素ガス導入ポート２０、２１から窒素ガスを導入し、内部雰囲気を窒素ガス置換しておく。
【００６２】
成膜対象のシリコン基板は、加熱した硫酸−過酸化水素水溶液、及び加熱したアンモニア−過酸化水素水溶液に順番に浸漬し、有機物とパーティクルを除去した後、希フッ酸液に浸漬し、金属汚染物の除去と、自然酸化膜の除去を行った後、搬入室２５に設けられた扉１８を開け、カセット７に搭載した状態で、搬入室２５内に配置する。
【００６３】
配置後、直ちに扉１８を閉じ、窒素ガス導入ポート２０から窒素ガスを導入する。搬入室２５内部にはセンサー５が設けられており、該センサー５によって搬入室２５内の雰囲気を監視し、所望の水分濃度、酸素濃度になるまで窒素ガス置換を行う。
【００６４】
続いて、第１のロードロック室３１内には、窒素ガス導入ポート２８から窒素ガスを導入し、大気圧の窒素ガスで充満させる。搬送室１４内には、基板移載ロボット８が配置されており、搬送室１４内部と第１のロードロック室３１内部が大気圧の窒素ガス雰囲気になった後、ゲートバルブ９、２２を開け、カセット７内に満載されたシリコン基板１７を、第１のロードロック室３１内に配置されたボート１６に移載する。搬送室１４内にはセンサー６が設けられており、窒素ガスを導入しながら移載する際に、センサー６によって、搬送室１４の内部雰囲気を監視し、所定の水分濃度、酸素濃度を維持させる。
【００６５】
移載完了後、ゲートバルブ９、２２を閉じ、第１のロードロック室３１内を５．０×１０^-6Ｐａの圧力まで真空排気する。
【００６６】
次いで、ゲートバルブ２３を開け、第２のロードロック室３２内に、シリコン基板１７が配置されたボート１６を移動させ、ゲートバルブ２３を閉めた後、第２のロードロック室３２内を５．０×１０^-6Ｐａの圧力まで真空排気する。
【００６７】
このとき、反応室１２は、５．０×１０^-7Ｐａ程度の圧力まで真空排気されており、第２ロードロック室３２内が５．０×１０^-6Ｐａ程度の圧力まで真空排気する。続いて反応室１２内に水素ガスを導入し、第２のロードロック室３２との間のゲートバルブ２４を開ける。
【００６８】
ボートローダ２９を動作させ、水素ガス雰囲気中でボート１６を反応室１２内に搬入する。ボート１６を搬入後、ボードローダ上面を反応炉下面に当接し、反応室１２内部への水素ガス導入を停止し、内部を真空排気する。
【００６９】
反応室１２内部が所定圧力まで真空排気された後、水素ガスを導入しながら反応室１２の周囲に配置された発熱体１５を発熱させ、ボート１６に配置されたシリコン基板１７を約９００℃程度に加熱し、シリコン基板１７表面の自然酸化膜を還元除去する。
【００７０】
次いで、発熱体１５の発熱量を制御し、シリコン基板１７を所定の成膜温度まで低下させた後、シリコンエピタキシャル層の原料ガスを導入し、シリコン基板１７表面へのシリコンエピタキシャル層成長を行う。
【００７１】
シリコンエピタキシャル層が所定膜厚に形成された後、反応室１２へ搬入したのとは逆の手順で、ボート１６を第２のロードロック室３２を介して第１のロードロック室３１内に移動させ、搬送室１４内の基板移載ロボット８によって、ボート１６内に配置されたシリコン基板１７を、搬入室２５内に配置されたカセット７に移載し、扉１８から取り出す。
【００７２】
以上説明したように、ボート１６は真空雰囲気か、窒素ガス雰囲気に置かれるため、水分の吸着が無く、反応室１２内に水分が侵入しないようになっている。また、搬入室２５に窒素ガス導入ポート２０が設けられており、未処理のシリコン基板を搬入室２５内に装着した後、窒素ガス置換を行ってから、搬入室２５を搬送室１４に接続するので、第１のロードロック室３１内に、搬送室１４を介してシリコン基板を搬入する際に、第１のロードロック室３１及び搬送室１４内に大気が侵入することはない。
【００７３】
これにより、第１、第２のロードロック室３１、３２内や、反応室１２内を超高真空雰囲気まで真空排気する時間が短くて済み、スループットが大幅に向上する。
【００７４】
次に、上記エピタキシャル成長装置１のベーキング方法について説明する。このエピタキシャル成長装置１は、第１、第２のロードロック室３１、３２と反応室１２を真空ポンプ４３に接続する排気経路１３には、循環路４が巻かれている。この循環路４は、ボートローダ２９のボートが載置された底部や、反応室１２と排気経路１３との間のＯリングの周囲にも配置されている。
【００７５】
そして、循環路４は、加熱冷却装置５０に接続されており、加熱冷却装置５０によって温度制御された耐熱性のオイルが循環できるように構成されている。
【００７６】
反応室１２内でエピタキシャル成長を行う場合には、２０℃程度に温度制御したオイルをＯリング周囲に循環させ、発熱体１５の発熱からＯリングを保護している。しかし、従来技術にもあるように反応室１２に付着した反応物をウエットエッチング処理により、除去を行った後は、第１、第２のロードロック室３１、３２や反応室１２を真空排気し、加熱冷却装置５０によってオイルを昇温させ、１５０℃程度に温度制御されたオイルを、第１、第２のロードロック室３１、３２、ボートローダ２９周囲に配置された循環路４や、ゲートバルブ２４内に配置された循環路４内を循環させている。その結果、テープヒータ２６a、２６bでは加熱できない部分がオイルによって加熱される。
【００７７】
第１、第２のロードロック室３１、３２や、排気経路１３が１５０℃に安定した後、経過時間と到達圧力を記録し、第１、第２のロードロック室３１、３２や排気経路１３内の圧力低下が飽和するまでベーキングを継続し、その後、真空排気しながら加熱冷却装置５０によってオイルを２５℃に降温させる。
【００７８】
第１、第２のロードロック室３１、３２や排気経路１３が２５℃で安定した後、経過時間と圧力とを記録し、圧力低下の飽和が確認されると、その圧力を到達圧力とする。到達圧力は真空ポンプの性能と、第１、第２のロードロック室３１、３２や排気経路１３を構成する部材からのガス放出量、透過ガス量、リーク量で決まる。
【００７９】
上記加熱冷却装置５０によるベーキングを行っているときには、反応室１２は、発熱体１５によってベーキングされている。
【００８０】
以上説明したように、本発明のエピタキシャル成長装置１では、加熱したオイルを循環させることで、従来では加熱できなかった部分も加熱できるため、ベーキングを十分に行えるようになっている。従って、反応室１２や第１、第２のロードロック室３１、３２内を超高真空雰囲気まで短時間で真空排気することが可能である。
【００８１】
また、この循環路４内を循環するオイルは、エピタキシャル成長の際にも、ベーキングの際にも用いられるため、水抜き作業が不要であり、作業時間の短縮にも寄与できる。
【００８２】
図５(ａ)〜(ｃ)はオイル循環路の具体的な構成を示す図である。同図(ａ)は、排気経路１３壁面上に銅配管で構成された循環路８１が溶接固定された例である。同図(ｂ)は、ボートローダ２９のボートが載置された底部に循環路８２が埋め込まれた例である。同図(ｃ)は、反応室１２と排気経路１３との間のＯリング周囲等のＯリング周囲等内の、Ｏリング７５に近接した位置に循環路８３が埋め込まれている例である。
【００８３】
【発明の効果】
ロードロック室や反応室内に大気が侵入しないので、低い水分分圧でエピタキシャル成長を行うことができ、従って、低温で良質な結晶のエピタキシャル成長が可能である。また、ボートローダやゲートバルブもベーキングできるので、超高真空雰囲気まで短時間で真空排気でき、反応室内の水分分圧を低くすることができる。また、水抜き作業が不要なので、ベーキング作業も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例のエピタキシャル成長装置
【図２】エピタキシャル層の結晶性と成長温度及び水分分圧の関係を説明するためのグラフ
【図３】従来技術のエピタキシャル成長装置を説明するための図
【図４】(ａ)〜(ｃ)：シリコン基板表面へのエピタキシャル層成長を説明するための図
【図５】(ａ)〜(ｃ)：循環路の構成例を示す図
【図６】テープヒータの取り付け状態を示す図
【符号の説明】
１……エピタキシャル成長装置
４……循環路
８……基板移載ロボット
１２……反応室
１４……搬送室
１６……ボート
１７……基板(シリコン基板)
２０、２１、２８……窒素ガス導入ポート
２５……搬入室
２９……ボートローダ
３１……第１のロードロック室
３２……第２のロードロック室[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the technical field of an epitaxial growth apparatus, and more particularly to a technique for performing epitaxial growth at a low temperature.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, epitaxial growth of a silicon layer has been performed at a high temperature of about 1000 ° C. to 1200 ° C. However, when epitaxial growth of a silicon layer is performed at a high temperature, due to the high temperature, an impurity in the substrate is once released into the atmospheric gas, and an auto-doping phenomenon occurs in which it is taken into the epitaxial layer again. When this auto-doping phenomenon occurs, it becomes difficult to control the concentration of the growing epitaxial layer, and there is a problem that an epitaxial layer having a desired concentration cannot be obtained.
[0003]
Further, when an epitaxial layer is grown on the substrate surface, there is a phenomenon that impurities contained in the substrate move to the epitaxial layer side, and conversely, impurities in the epitaxial layer move to the substrate side. This movement tends to increase as the temperature increases, making it more difficult to control the concentration of the epitaxial layer.
[0004]
Furthermore, in order to increase the speed of the bipolar transistor used in the integrated circuit IC, it is indispensable to form a high concentration and thin base layer. However, in the conventional ion implantation technique, it is difficult to form a base layer of 40 nm or less because of channeling.
[0005]
In recent years, as a countermeasure against this problem, a technique for forming a high impurity layer serving as a base layer by epitaxial growth instead of ion implantation has been actively studied, and since there is no channeling, a thin base layer can be formed. It is expected.
[0006]
On the other hand, even in a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor), selective epitaxial growth of an epitaxial wafer and a source / drain portion advantageous for a short channel is expected, and research is being advanced.
[0007]
As described above, the conventional general silicon epitaxial growth is epitaxially grown under a high temperature and a large amount of high-purity hydrogen atmosphere, usually 1000 ° C. to 1200 ° C. As long as there is no damage layer or heavy metal contamination on the surface of the silicon substrate, Crystallinity does not deteriorate.
[0008]
However, when the base layer of the bipolar transistor is formed by epitaxial growth, it is necessary to obtain a steep profile. For this reason, in order to prevent diffusion during epitaxial growth, it is necessary to make the heat treatment temperature as low as possible, and silicon epitaxial growth for forming the base layer is performed at a low temperature of 500 ° C. to 900 ° C.
[0009]
Thus, in order to perform silicon epitaxial growth at a low temperature, it is necessary to form a film in an extremely clean atmosphere. In particular, unless the partial pressure of moisture and oxygen inside the film forming apparatus is sufficiently reduced and managed, epitaxial growth having good crystallinity cannot be achieved.
[0010]
As described above, the reason why silicon must be grown in a clean atmosphere in order to perform silicon epitaxial growth at a low temperature will be described with reference to FIG. 4A to 4C are schematic cross-sectional views showing an epitaxial growth process on the silicon substrate 201. FIG.
[0011]
In order to perform silicon epitaxial growth at a low temperature on the silicon substrate 201 shown in FIG. 4A, for example, before introducing the silicon substrate 201 into the epitaxial growth apparatus, the surface is cleaned by dilute hydrofluoric acid treatment or the like. Take out If the partial pressure of moisture and oxygen inside the epitaxial growth apparatus is high even after the operation, as shown in FIG. 4B, the surface of the silicon substrate 201 is oxidized again before the epitaxial growth, resulting in an oxide film or an epitaxial growth. On the way, an oxide film 202 is formed in an island shape. When such an oxide film 202 is generated, as shown in FIG. 4C, the silicon crystal growth is hindered, and the stacking fault 204 is likely to occur in the silicon growth layer 203 grown on the substrate 201.
[0012]
If such a stacking fault occurs, the surface roughness (surface roughness) of the silicon growth layer 203 increases, and the surface deteriorates, and good crystallinity cannot be obtained.
[0013]
The relationship between the possibility of epitaxial growth, the growth temperature, and the partial pressure of moisture in the atmosphere has been reported by G. Ghidini and FWSmith (J. Electrochem. Soc. Vol. 131, pp. 2924 (1984). 2 is a diagram showing the above relationship in this document.
[0014]
According to this, as shown by the boundary straight line L of whether or not epitaxial growth is possible, the film is oxidized unless the film is formed at a moisture partial pressure equal to or lower than the moisture partial pressure on the straight line L under the set film deposition temperature condition (horizontal axis). This is easy and the surface roughness is poor. In other words, it indicates that there is a tendency not to grow single crystals, and the lower the partial pressure of moisture, the lower the temperature of silicon epitaxial growth. No This indicates that oxidation tends to occur.
[0015]
As one of the solutions for reducing the water partial pressure in the low temperature epitaxial growth described above, there is an apparatus shown in FIG. Reference numeral 101 in FIG. 3 is such an epitaxial growth apparatus, which employs a batch system in which a plurality of batch processing is performed. About 100 silicon substrates are accommodated in a vertical reaction chamber 112, and epitaxial growth is performed collectively. It is configured to be able to.
[0016]
The epitaxial growth apparatus 101 includes first and second load lock chambers 131 and 132 and a carry-in chamber 125. The second load lock chamber 132 is connected to the reaction chamber 112 via the gate valve 124. It is connected.
[0017]
Further, the carry-in chamber 125 and the first load lock chamber, and the first load lock chamber 131 and the second load lock chamber 132 are connected via gate valves 122 and 123, respectively.
[0018]
Vacuum pumps 141 to 143 are connected to the first and second load lock chambers 131 and 132 and the reaction chamber 112, respectively, and each chamber 131, 132 and 112 can be individually evacuated. Yes.
[0019]
When this epitaxial growth apparatus 101 is used, the vacuum pumps 141 to 143 are operated with the gate valves 122 to 124 closed, and the reaction chamber 112 and the first and second load lock chambers 131 and 132 are individually connected. Keep in a high vacuum atmosphere.
[0020]
The first load lock chamber 131 is provided with a nitrogen gas introduction port 128. After the inside of the first load lock chamber 131 is evacuated, nitrogen gas is introduced from the nitrogen gas introduction port 128, and a large amount of nitrogen gas is introduced in advance. Restore pressure to atmospheric pressure.
[0021]
In the carry-in chamber 125, a boat 116 for placing a substrate when epitaxial growth is performed in the reaction chamber is arranged. After a silicon substrate is mounted on the boat 116, the gate valve 122 is opened to open the boat. It moves into one load lock chamber 131.
[0022]
Next, after the gate valve 122 is closed and the first load lock chamber 131 is shut off from the carry-in chamber 125, the inside of the first load lock chamber 131 is evacuated.
[0023]
The second load lock chamber 132 is 5.0 × 10 5 in advance. ^-6 After the vacuum is exhausted to a pressure of about Pa and the inside of the first load lock chamber 131 is exhausted to a similar pressure, the gate valve 123 between the first and second load lock chambers 131 and 132 is opened. The boat is carried into the second load lock chamber 132.
[0024]
At this time, the reaction chamber 112 is about 5.0 × 10 ^-7 It is evacuated to a pressure of about Pa. Subsequently, the evacuation of the reaction chamber 112 is stopped, and immediately after the hydrogen gas is introduced, the gate valve 124 is opened, and the boat 116 in the second load lock chamber 132 is moved between the second load lock chamber and the reaction chamber 112. Is transferred into the reaction chamber 112 by a boat loader 129 which is a mechanism for moving up and down.
[0025]
Reference numeral 116 denotes a boat that has been transferred into the reaction chamber 112, on which a silicon substrate 117 is mounted.
[0026]
The reaction chamber 112 is made of quartz, and a heating element 115 is disposed around the reaction chamber 112. After the silicon substrate is transferred to the reaction chamber 112, after evacuating to a desired ultra-high vacuum pressure, hydrogen gas is introduced while evacuating, and the heating element 115 is energized to generate heat, thereby heating the silicon substrate 117. . The temperature of the silicon substrate 117 is raised to about 900 ° C., and the natural oxide film formed on the surface of the silicon substrate 117 is removed.
[0027]
After the natural oxide film is removed, the amount of current supplied to the heating element 115 is controlled to lower the temperature of the silicon substrate to a desired film formation temperature, and then a gas serving as a raw material for the silicon epitaxial layer is introduced into the reaction chamber 112. Then, a silicon epitaxial layer is grown on the surface of the silicon substrate 117.
[0028]
After the silicon epitaxial layer has been formed to a predetermined thickness, the silicon substrate 117 is transferred to the carry-in chamber 125 in the reverse order of transfer to the reaction chamber 112 and taken out of the epitaxial growth apparatus 101.
[0029]
In the epitaxial growth apparatus 101 as described above, when the epitaxial growth process is repeatedly performed, a silicon thin film is formed on the inner wall of the reaction chamber 112 and becomes a particle when the thin film is peeled off. is there.
[0030]
Therefore, when the epitaxial growth process is performed a certain number of times, the reaction chamber 112 is cleaned. For the cleaning, the exhaust path 113 connected to the reaction chamber 112 and the vacuum pump 143 and the first and second passages are used. The load lock chambers 131 and 132 are opened to the atmosphere, the quartz reaction chamber 112 is removed, the silicon thin film is removed by wet etching, dried, and then the quartz tube and the like are attached as they were.
[0031]
However, since the inside of the reaction chamber 112, the exhaust path 113, the first and second load lock chambers 131 and 132 is exposed to the atmosphere during cleaning, moisture and the like are adsorbed on the wall surface and the like. It becomes impossible to evacuate to a high vacuum atmosphere.
[0032]
Therefore, in this epitaxial growth apparatus 101, tape heaters 126a, 126b, and 126c are wound around the first and second load lock chambers 131 and 132 and the exhaust path 113, and the tape heaters 126a, 126b, and 126c are heated to generate heat. The first and second load lock chambers 131 and 132 and the exhaust passage 113 can be heated.
[0033]
After the etching process, the gate valves 122 to 124 are closed, and the first and second load lock chambers 131 and 132 and the exhaust path 113 are heated to about 150 ° C. while being evacuated, thereby baking (first and second). 2) and bakeout of moisture adhering to the inner walls of the load lock chambers 131 and 132 and the exhaust passage 113. At this time, the reaction chamber 112 is heated by energizing the heating element 115. Reference numeral 137 in FIG. 6 indicates the wall surfaces of the first and second load lock chambers 131 and 132 and the exhaust path 113.
[0034]
When baking is performed using the tape heaters 126a, 126b, and 126c, the atmosphere in the exhaust path 113 and the first and second load lock chambers 131 and 132 can be returned to an ultra-high vacuum atmosphere.
[0035]
However, in the epitaxial growth apparatus 101, the boat loader 129, the gate valves 122 to 124, and the like cannot wind a tape heater because of the structure. Therefore, the portion cannot be sufficiently baked, and moisture released into the vacuum atmosphere is re-adsorbed in the exhaust path 113 and the second load lock chamber 132 and is evacuated to a desired ultimate pressure. An enormous amount of time was required to achieve a low moisture partial pressure, and the maintenance time increased, which caused the productivity of the apparatus to deteriorate.
[0036]
Further, this epitaxial growth apparatus 101 is provided with an O-ring at a connection portion such as between the reaction chamber 112 and the second load lock chamber 132. The epitaxial growth apparatus 101 is provided with a cooling device 150, and a circulation path 151 connected to the cooling device 150 is disposed at a portion where an O-ring is provided. When the heating element 115 is caused to generate heat, cooling water is circulated in the circulation path 151 to cool the periphery of the O-ring so that the O-ring is not thermally damaged. However, when baking is performed as described above, since the O-ring is also arranged around the tape heater, the cooling water is extracted from the circulation path 151 so that the cooling water in the circulation path 151 does not boil. There is also a problem that the time required for the extraction work further increases the maintenance time.
[0037]
Further, in the above-described conventional epitaxial growth apparatus 101, when the silicon substrate 117 is mounted on the boat 116, the inside of the carry-in chamber 125 is opened to the atmosphere. Therefore, after the silicon substrate 117 is loaded, the boat 116 is placed in the carry-in chamber 125. When the first load lock chamber 131 is moved to the first load lock chamber 131, the inside of the first load lock chamber 131 is exposed to the atmosphere.
[0038]
Therefore, when moisture in the atmosphere enters the first load lock chamber 131, it is adsorbed on the inner wall of the first load lock chamber 131. Since the moisture adsorption energy is large, the inside of the first load lock 131 is 5.0 × 10 5 from the state. ^-6 In order to obtain a pressure of about Pa, an enormous evacuation time is required, and there is a problem that throughput is deteriorated.
[0039]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention was created to solve the above-mentioned disadvantages of the prior art, and an object of the present invention is to provide an epitaxial growth apparatus capable of forming a high-quality epitaxial layer at a low temperature by reducing the water partial pressure in the reaction chamber. There is.
[0040]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 includes a carry-in chamber, a transfer chamber connected to the carry-in chamber, a first load lock chamber connected to the transfer chamber, and the first load lock. A second load lock chamber connected to the chamber and a reaction chamber connected to the second load lock chamber, carrying a silicon substrate into the carry-in chamber, and transferring the silicon substrate from the carry-in chamber to the reaction chamber An epitaxial growth method in which the silicon substrate is moved through the chamber, the first load lock chamber, and the second load lock chamber, and the silicon substrate is epitaxially grown in the reaction chamber. A substrate is disposed, a nitrogen gas is introduced into the carry-in chamber to form a nitrogen gas atmosphere, a gate valve between the carry-in chamber and the transfer chamber in the nitrogen gas atmosphere, and the transfer chamber The gate valve between the first load lock chamber and the nitrogen gas atmosphere is opened, and the transfer robot arranged in the transfer chamber moves the nitrogen gas atmosphere into the first load lock chamber and the loading chamber. A silicon substrate is moved, the silicon substrate is disposed on a board disposed in the first load lock chamber, a gate valve between the first load lock chamber and the transfer chamber is closed, and the first load lock chamber is closed. The gate valve between the first load lock chamber and the evacuated second load lock chamber is opened, and the board on which the silicon substrate is disposed is moved into the second load lock chamber. Closing the gate valve between the second load lock chamber and the first load lock chamber, and closing the gate valve between the second load lock chamber and the reaction chamber. Only the board which the silicon substrate is placed is moved into the reaction chamber, after reduction remove the oxide film on the surface by heating the silicon substrate in a hydrogen gas atmosphere, the reaction Room In this epitaxial growth method, a raw material gas is introduced into the silicon substrate surface to grow a silicon epitaxial layer.
[0041]
The invention according to claim 2 is the epitaxial growth method according to claim 1, wherein a circulation path through which a heat medium flows is provided inside the gate valve between the reaction chamber and the second load lock chamber, and the gate valve The epitaxial growth method is to evacuate the second load lock chamber by raising the temperature of the second load lock chamber.
[0045]
The present invention is configured as described above, and includes a carry-in chamber, a load lock chamber, and a reaction chamber. The carry-in chamber, the load lock chamber, and the reaction chamber are individually configured to be airtight, and the substrate disposed in the carry-in chamber is not exposed to the atmosphere, and is passed through the load lock chamber. It is configured so that it can be carried in. When the source gas of the epitaxial layer is introduced while heating the substrate carried into the reaction chamber, epitaxial growth can be performed on the substrate surface.
[0046]
Further, in this epitaxial growth apparatus, a transfer chamber is disposed between the carry-in chamber and the load lock chamber, and a nitrogen gas introduction port is provided in each of the transfer chamber and the aforementioned load chamber and load lock chamber.
[0047]
Using the nitrogen gas introduction port provided in the carry-in chamber, only the carry-in chamber is opened to the atmosphere, the substrate is carried in, the door between the atmosphere is closed, the carry-in chamber is shut off from the atmosphere, When nitrogen gas is introduced, the carry-in chamber can be replaced with a nitrogen gas atmosphere having a desired moisture concentration.
[0048]
In addition, when nitrogen gas is introduced into the inside of the transfer chamber using a nitrogen gas introduction port provided in the transfer chamber, the inside of the transfer chamber can also be made into a nitrogen gas atmosphere having a desired moisture concentration.
[0049]
In addition, the load lock chamber is evacuated to a high vacuum atmosphere in advance, and a nitrogen gas introduction port provided in the load lock chamber is used. A gate valve between the transfer chamber and the load lock chamber is opened, and the substrate can be transferred from the transfer chamber into the load lock chamber in a nitrogen gas atmosphere through the transfer chamber.
[0050]
Since air does not enter the load-lock chamber, after loading, the gate valve between the load-lock chamber and the transfer chamber is closed and the load-lock chamber is evacuated to a high vacuum atmosphere in a short time.
[0051]
In the case of a plurality of load lock chambers, by using only the load lock chamber closest to the transfer chamber, a high vacuum atmosphere can be achieved in a shorter time because the volume of the load lock chamber is small.
[0052]
Also, since the boat is carried into the reaction chamber with the substrate mounted, if moisture is adsorbed to the boat, the crystallinity of the epitaxial growth layer is deteriorated, but the boat is not exposed to the atmosphere, Is not adsorbed, and therefore moisture does not enter the reaction chamber.
[0053]
When the substrate in the load lock chamber is carried into the reaction chamber, the boat on which the substrate is mounted is carried into the reaction chamber together with the boat by a boat loader provided in the load lock chamber. In this epitaxial growth apparatus, a circulation path is located at the bottom where the boat of the boat loader is placed, and the heated oil is circulated in the circulation path.
[0054]
Therefore, since the boat loader can also be heated during baking, the load lock chamber can be evacuated to an ultra-high vacuum atmosphere in a short time.
[0055]
This circulation path is also arranged around an O-ring provided between the reaction chamber and the load lock chamber, and is configured so that cooled oil circulates in the circulation path when performing epitaxial growth. Has been.
[0056]
As described above, in the epitaxial growth apparatus of the present invention, the cooling water is not used in the portion to be heated when baking, so that the cooling water does not boil during baking. Accordingly, water draining work is unnecessary, and the baking work time can be greatly shortened.
[0057]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The substrate transfer method of the present invention will be described together with the epitaxial growth apparatus of the present invention. Referring to FIG. 1, reference numeral 1 denotes an epitaxial growth apparatus according to an embodiment of the present invention. Like the conventional epitaxial growth apparatus 101 described above, first and second load lock chambers 31 and 32, and a transfer chamber. 14 and the reaction chamber 12 or the like.
[0058]
In this epitaxial growth apparatus 1, a carry-in chamber 25 is further provided. The carry-in chamber 25 is disposed in front of the transfer chamber 14. Therefore, the carry-in chamber 25, the transfer chamber 14, the first load lock chamber 31, the second load lock chamber 32, and the reaction chamber 12 Are arranged in this order. The chambers 14, 25, 31, 32, and 12 are connected to each other through gate valves 9, 22 to 24, respectively, and pass through the silicon substrates loaded into the loading chamber 25 in that order, as will be described later. And can be carried into the reaction chamber 12.
[0059]
When this epitaxial growth apparatus 1 is used, each gate valve 9, 22-24 is closed in advance, the vacuum pumps 41-43 are operated, and the inside of the first and second load lock chambers 31, 32 is 5.0 × 10 6. ^-6 Pressure of about Pa, inside the reaction chamber 12 is 5.0 × 10 ^-7 It is evacuated to a pressure of about Pa. At this time, the boat 16 is disposed in the first load lock chamber 31.
[0060]
Further, the heating element 15 is energized, and the temperature of the reaction chamber 12 is raised to about 400 ° C. This epitaxial growth apparatus 1 has a heating / cooling apparatus 50, and when energizing the heating element 15, a heat medium whose temperature is controlled to about 20 ° C. is applied to the portion where the O-ring is disposed, as will be described later. It is configured to circulate and cool the O-ring. The cooling device 50 will be described together in the baking work described later.
[0061]
The carry-in chamber 25, the transfer chamber 14, and the first load lock chamber 31 are provided with nitrogen gas introduction ports 20, 21, and 28, respectively, and the first load lock chamber 31 can be evacuated. The transfer chamber 14 and the carry-in chamber 25 are configured so that they can be individually purged with nitrogen in the atmosphere. Nitrogen gas is introduced into the carry-in chamber 25 and the transfer chamber 14 from the nitrogen gas introduction ports 20 and 21, and the internal atmosphere is replaced with nitrogen gas.
[0062]
The silicon substrate to be deposited is immersed in a heated sulfuric acid-hydrogen peroxide aqueous solution and a heated ammonia-hydrogen peroxide aqueous solution in order to remove organic substances and particles, and then immersed in a diluted hydrofluoric acid solution to cause metal contamination. After removing the object and the natural oxide film, the door 18 provided in the carry-in chamber 25 is opened and placed in the carry-in chamber 25 in a state of being mounted on the cassette 7.
[0063]
Immediately after the arrangement, the door 18 is closed and nitrogen gas is introduced from the nitrogen gas introduction port 20. A sensor 5 is provided inside the carry-in chamber 25, and the atmosphere in the carry-in chamber 25 is monitored by the sensor 5, and nitrogen gas replacement is performed until a desired moisture concentration and oxygen concentration are achieved.
[0064]
Subsequently, nitrogen gas is introduced into the first load lock chamber 31 from the nitrogen gas introduction port 28 and filled with nitrogen gas at atmospheric pressure. A substrate transfer robot 8 is disposed in the transfer chamber 14, and the gate valves 9 and 22 are opened after the transfer chamber 14 and the first load lock chamber 31 are in an atmosphere of nitrogen gas at atmospheric pressure. Then, the silicon substrate 17 loaded in the cassette 7 is transferred to the boat 16 disposed in the first load lock chamber 31. A sensor 6 is provided in the transfer chamber 14, and when transferring while introducing nitrogen gas, the sensor 6 monitors the internal atmosphere of the transfer chamber 14 to maintain a predetermined moisture concentration and oxygen concentration. .
[0065]
After the transfer is completed, the gate valves 9 and 22 are closed, and the inside of the first load lock chamber 31 is 5.0 × 10. ^-6 Evacuate to Pa pressure.
[0066]
Next, the gate valve 23 is opened, the boat 16 on which the silicon substrate 17 is disposed is moved into the second load lock chamber 32, the gate valve 23 is closed, and then the second load lock chamber 32 is moved to 5. 0x10 ^-6 Evacuate to Pa pressure.
[0067]
At this time, the reaction chamber 12 has a size of 5.0 × 10. ^-7 The pressure is evacuated to a pressure of about Pa, and the inside of the second load lock chamber 32 is 5.0 × 10 5. ^-6 Vacuum exhaust to a pressure of about Pa. Subsequently, hydrogen gas is introduced into the reaction chamber 12 and the gate valve 24 between the second load lock chamber 32 is opened.
[0068]
The boat loader 29 is operated and the boat 16 is carried into the reaction chamber 12 in a hydrogen gas atmosphere. After the boat 16 is carried in, the upper surface of the board loader is brought into contact with the lower surface of the reaction furnace, the introduction of hydrogen gas into the reaction chamber 12 is stopped, and the inside is evacuated.
[0069]
After the reaction chamber 12 is evacuated to a predetermined pressure, the heating element 15 disposed around the reaction chamber 12 is heated while introducing hydrogen gas, and the silicon substrate 17 disposed in the boat 16 is heated to about 900 ° C. Then, the natural oxide film on the surface of the silicon substrate 17 is reduced and removed.
[0070]
Next, after controlling the amount of heat generated by the heating element 15 and lowering the silicon substrate 17 to a predetermined film formation temperature, a raw material gas for the silicon epitaxial layer is introduced to grow the silicon epitaxial layer on the surface of the silicon substrate 17.
[0071]
After the silicon epitaxial layer has been formed to a predetermined thickness, the boat 16 is moved into the first load lock chamber 31 via the second load lock chamber 32 in the reverse procedure of loading into the reaction chamber 12. Then, the substrate transfer robot 8 in the transfer chamber 14 transfers the silicon substrate 17 arranged in the boat 16 to the cassette 7 arranged in the carry-in chamber 25 and takes it out from the door 18.
[0072]
As described above, since the boat 16 is placed in a vacuum atmosphere or a nitrogen gas atmosphere, moisture is not adsorbed and moisture does not enter the reaction chamber 12. In addition, a nitrogen gas introduction port 20 is provided in the carry-in chamber 25, and after the untreated silicon substrate is mounted in the carry-in chamber 25, nitrogen gas replacement is performed, and then the carry-in chamber 25 is connected to the transfer chamber 14. Therefore, when the silicon substrate is carried into the first load lock chamber 31 via the transfer chamber 14, the atmosphere does not enter the first load lock chamber 31 and the transfer chamber 14.
[0073]
As a result, the time for evacuating the first and second load lock chambers 31 and 32 and the reaction chamber 12 to an ultra-high vacuum atmosphere can be shortened, and the throughput is greatly improved.
[0074]
Next, a baking method of the epitaxial growth apparatus 1 will be described. In this epitaxial growth apparatus 1, a circulation path 4 is wound around an exhaust path 13 that connects the first and second load lock chambers 31 and 32 and the reaction chamber 12 to a vacuum pump 43. The circulation path 4 is also arranged around the bottom of the boat loader 29 on which the boat is placed and around the O-ring between the reaction chamber 12 and the exhaust path 13.
[0075]
The circulation path 4 is connected to the heating / cooling device 50 and configured to circulate heat-resistant oil whose temperature is controlled by the heating / cooling device 50.
[0076]
When epitaxial growth is performed in the reaction chamber 12, oil whose temperature is controlled to about 20 ° C. is circulated around the O-ring to protect the O-ring from the heat generated by the heating element 15. However, as in the prior art, after the reactant adhering to the reaction chamber 12 is removed by wet etching, the first and second load lock chambers 31 and 32 and the reaction chamber 12 are evacuated. The temperature of the oil is raised by the heating / cooling device 50, and the oil whose temperature is controlled to about 150 ° C. is supplied to the circulation path 4 and the gate disposed around the first and second load lock chambers 31 and 32 and the boat loader 29. It circulates in the circulation path 4 arranged in the valve 24. As a result, portions that cannot be heated by the tape heaters 26a and 26b are heated by the oil.
[0077]
After the first and second load lock chambers 31 and 32 and the exhaust passage 13 are stabilized at 150 ° C., the elapsed time and the ultimate pressure are recorded, and the first and second load lock chambers 31 and 32 and the exhaust passage 13 are recorded. Baking is continued until the internal pressure drop is saturated, and then the oil is cooled to 25 ° C. by the heating / cooling device 50 while evacuating.
[0078]
After the first and second load lock chambers 31 and 32 and the exhaust passage 13 are stabilized at 25 ° C., the elapsed time and the pressure are recorded, and when the saturation of the pressure drop is confirmed, the pressure is set as the ultimate pressure. . The ultimate pressure is determined by the performance of the vacuum pump and the amount of gas released from the members constituting the first and second load lock chambers 31 and 32 and the exhaust path 13, the amount of permeated gas, and the amount of leak.
[0079]
When baking is performed by the heating / cooling device 50, the reaction chamber 12 is baked by the heating element 15.
[0080]
As described above, in the epitaxial growth apparatus 1 of the present invention, the heated oil can be circulated, so that the portion that could not be heated conventionally can be heated, so that baking can be sufficiently performed. Accordingly, the reaction chamber 12 and the first and second load lock chambers 31 and 32 can be evacuated to an ultra-high vacuum atmosphere in a short time.
[0081]
Further, since the oil circulating in the circulation path 4 is used for both epitaxial growth and baking, it is not necessary to drain water and can contribute to shortening the working time.
[0082]
FIGS. 5A to 5C are diagrams showing a specific configuration of the oil circulation path. FIG. 4A shows an example in which a circulation path 81 made of copper piping is fixed on the wall surface of the exhaust path 13 by welding. FIG. 6B shows an example in which a circulation path 82 is embedded in the bottom of the boat loader 29 where the boat is placed. FIG. 3C shows an example in which a circulation path 83 is embedded at a position close to the O-ring 75 in the periphery of the O-ring such as the periphery of the O-ring between the reaction chamber 12 and the exhaust path 13.
[0083]
【The invention's effect】
Since the atmosphere does not enter the load lock chamber or the reaction chamber, epitaxial growth can be performed with a low moisture partial pressure, and therefore, high-quality crystals can be epitaxially grown at a low temperature. Further, since the boat loader and the gate valve can also be baked, it is possible to evacuate to an ultra-high vacuum atmosphere in a short time, and the water partial pressure in the reaction chamber can be lowered. Moreover, since the draining operation is unnecessary, the baking operation is easy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of an epitaxial growth apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a graph for explaining the relationship between the crystallinity of an epitaxial layer, the growth temperature, and the water partial pressure.
FIG. 3 is a diagram for explaining a conventional epitaxial growth apparatus;
4A to 4C are diagrams for explaining epitaxial layer growth on the surface of a silicon substrate. FIG.
FIGS. 5A to 5C are diagrams showing a configuration example of a circulation path;
FIG. 6 is a diagram showing a tape heater attached state;
[Explanation of symbols]
1 …… Epitaxial growth equipment
4 ... circulation path
8 …… Board transfer robot
12 …… Reaction room
14 ... Conveying room
16 …… Boat
17 …… Substrate (silicon substrate)
20, 21, 28 ... Nitrogen gas introduction port
25 …… Carry-in room
29 …… Boat loader
31 …… First load lock room
32 …… Second load lock room

Claims

A loading room;
A transfer chamber connected to the carry-in chamber;
A first load lock chamber connected to the transfer chamber;
A second load lock chamber connected to the first load lock chamber;
A reaction chamber connected to the second load lock chamber,
A silicon substrate is carried into the carry-in chamber, the silicon substrate is moved from the carry-in chamber to the reaction chamber through the transfer chamber, the first load lock chamber, and the second load lock chamber, and the reaction is performed. An epitaxial growth method for performing epitaxial growth on the silicon substrate in a room,
The silicon substrate is disposed in the carry-in chamber, nitrogen gas is introduced into the carry-in chamber to form a nitrogen gas atmosphere, a gate valve between the carry-in chamber and the transfer chamber in the nitrogen gas atmosphere, and the transfer chamber Open the gate valve between the first load lock chamber and the nitrogen gas atmosphere,
The transfer robot disposed in the transfer chamber moves the silicon substrate in the carry-in chamber into the first load lock chamber in a nitrogen gas atmosphere,
The silicon substrate is disposed on a board disposed in the first load lock chamber, a gate valve between the first load lock chamber and the transfer chamber is closed, and the first load lock chamber is evacuated,
Open the gate valve between the first load lock chamber and the second load lock chamber evacuated,
Moving the board on which the silicon substrate is disposed into the second load lock chamber;
Close the gate valve between the second load lock chamber and the first load lock chamber;
Opening the gate valve between the second load lock chamber and the reaction chamber to move the board on which the silicon substrate is disposed into the reaction chamber;
After the oxide film reduction and removal of the surface by heating the silicon substrate in a hydrogen gas atmosphere, an epitaxial growth method for growing a silicon epitaxial layer on the silicon substrate surface by introducing a material gas into the reaction chamber.

2. A circulation path through which a heat medium flows is provided inside the gate valve between the reaction chamber and the second load lock chamber, and the gate valve is heated to evacuate the second load lock chamber. Epitaxial growth method.