JP4976111B2 - Vapor growth method - Google Patents

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Description

本発明は、チャンバ内のウェハ上にシリコンなどの半導体層を気相成長により形成する気相成長装置及び気相成長方法に関する。   The present invention relates to a vapor phase growth apparatus and a vapor phase growth method for forming a semiconductor layer such as silicon on a wafer in a chamber by vapor phase growth.

従来、ウェハに成膜する製造装置として、気相成長装置(CVD:Chemical Vapor Depositionで、この中にVPE:Vapor phase epitaxial growthを含む)が一般的で、例えば特開平9−17734号公報(特許文献1)に示すように、Siの成膜では、ガスとしてシラン(SiH)と水素(H)が用いられている。
なお、ここで、基板の性質によっては、単結晶SiまたはポリSi膜が形成される。この場合、Si単結晶基板には通常、単結晶Si膜が成膜され、非晶質の基板上であれば、ポリSi膜或いは非晶質Si膜が形成される。
Conventionally, as a manufacturing apparatus for forming a film on a wafer, a vapor phase growth apparatus (CVD: Chemical Vapor Deposition, which includes VPE: Vapor phase epitaxial growth) is generally used. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-17734 (Patent) As shown in Document 1), silane (SiH 4 ) and hydrogen (H 2 ) are used as gases in Si film formation.
Here, depending on the properties of the substrate, a single-crystal Si or poly-Si film is formed. In this case, a single crystal Si film is usually formed on the Si single crystal substrate, and a poly Si film or an amorphous Si film is formed on an amorphous substrate.

具体的な例としては、図2に示す通りで、支持台201上に載置された半導体ウェハ202がチャンバ203内に収納される。収納された半導体ウェハ202は、ヒータ204により、成膜に必要な温度に加熱される。
チャンバ203には、シラン(SiH)ガス又はジクロロシラン(SiHCl)及びHガスを供給するガス流路205a、205b(第1の流路)が連結され、ガス流路の他方はそれぞれガスシリンダ206a、206bに接続されている。その流路205a、205bの途中には、ガスを開閉するバルブ207a、207bが接続されている。
As a specific example, as shown in FIG. 2, a semiconductor wafer 202 placed on a support table 201 is stored in a chamber 203. The stored semiconductor wafer 202 is heated to a temperature required for film formation by a heater 204.
Gas flow paths 205a and 205b (first flow paths) for supplying silane (SiH 4 ) gas or dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and H 2 gas are connected to the chamber 203, and the other of the gas flow paths is These are connected to gas cylinders 206a and 206b, respectively. Valves 207a and 207b for opening and closing the gas are connected in the middle of the flow paths 205a and 205b.

シリンダ206a、206bより、ガス流路205a、205bを介し、バルブ207a、207bが開放され、チャンバ203内に、SiHガス、Hガスが供給され、半導体ウェハ上に、単結晶Si膜が成膜される。この成膜は、何回か繰り返して行う場合が多い。例えば特開2000−282241号公報に示す如く、SiHガスに硼素、アルミニウム、ガリウム及び燐などを含むようにすると、P型、N型の半導体単結晶層を形成可能である。更に、特開2004−281673号公報(特許文献2)の如く、SiHガスと、Oガスを供給するようにすれば、SiO膜が、SiHガスとHNガスなどを供給するようにすれば、Si膜が成膜できる。 Valves 207a and 207b are opened from the cylinders 206a and 206b through the gas flow paths 205a and 205b, SiH 4 gas and H 2 gas are supplied into the chamber 203, and a single crystal Si film is formed on the semiconductor wafer. Be filmed. This film formation is often repeated several times. For example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-282241, when SiH 4 gas contains boron, aluminum, gallium, phosphorus, or the like, P-type and N-type semiconductor single crystal layers can be formed. Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-281673 (Patent Document 2), when SiH 4 gas and O 2 gas are supplied, the SiO 2 film supplies SiH 4 gas and HN 3 gas. Then, a Si 3 N 4 film can be formed.

また、チャンバ203には、ClFガス(SiO膜、Si膜の場合CFやCなどのガスを用いる)を供給するガス流路208が接続され、その流路208の途中には、ガスを開閉するバルブ209が接続されている。 The chamber 203 is connected to a gas flow path 208 for supplying a ClF 3 gas (a gas such as CF 4 or C 2 F 6 in the case of a SiO 2 film or a Si 3 N 4 film). Is connected to a valve 209 for opening and closing the gas.

成膜(単結晶Si膜)が終了後、チャンバ203内をクリーニングする際、シリンダ210より、ガス流路208を介し、バルブ209を開放することにより、ClF3ガスが供給される。
なお、上記ウェハ上への成膜、チャンバ内のクリーニングにおいて、ガスの排気は、ガス排気用のガス流路211の接続されている真空ポンプ212より、バキュームされる。
When the inside of the chamber 203 is cleaned after the film formation (single crystal Si film) is completed, the valve 209 is opened from the cylinder 210 via the gas flow path 208 to supply ClF 3 gas.
In the film formation on the wafer and the cleaning of the chamber, the gas is exhausted by a vacuum pump 212 connected to a gas flow path 211 for gas exhaust.

ところで、上述した図2の気相成長装置において、成膜時に用いるSiHガス又はSiHClと、クリーニング時に用いるClFガスとの混合を、危険性などから絶対に避ける必要がある。
このため、特に成膜時に用いるSiHガスを流す流路205aに接続されているバルブ206aを、クリーニング時に完全に閉めるようにしている。また、成膜が完了後、Nなどで、チャンバ内をパージし、その後、バルブ311を開き、排出用のガス流路312に接続されている真空ポンプ313でバキュームし、SiHガスを完全に排気するようにしている。
By the way, in the above-described vapor phase growth apparatus of FIG. 2, it is absolutely necessary to avoid mixing of SiH 4 gas or SiH 2 Cl 2 used at the time of film formation and ClF 3 gas used at the time of cleaning because of danger.
For this reason, in particular, the valve 206a connected to the flow path 205a for flowing SiH 4 gas used during film formation is completely closed during cleaning. Further, after the film formation is completed, the inside of the chamber is purged with N 2 or the like, and then the valve 311 is opened and vacuumed by the vacuum pump 313 connected to the gas flow path 312 for exhaustion, and the SiH 4 gas is completely discharged. To exhaust.

図2に示す気相成長装置において、気相成長反応後のプロセスガスは、チャンバ203に設けられた排気口215から逐次排気されている。この気相成長が行われるウェハ202付近から排気口215に近づいた部分になる程、ウェハ201やウェハ202を加熱するヒータ204などチャンバ203内の高温部からの距離が離れ、さらにチャンバ203下部に位置しているため、高温にはなりにくい。   In the vapor phase growth apparatus shown in FIG. 2, the process gas after the vapor phase growth reaction is sequentially exhausted from an exhaust port 215 provided in the chamber 203. The closer to the exhaust port 215 from the vicinity of the wafer 202 where the vapor phase growth is performed, the farther away from the high temperature portion in the chamber 203 such as the heater 201 for heating the wafer 201 and the wafer 202, and the lower portion of the chamber 203. Because it is located, it is hard to become high temperature.

また、チャンバ203のフランジ連結部には、シールのためにパッキンを用いている。パッキンはフッ素ゴム製で、耐熱温度は約300℃までである。そのため、チャンバ203外周にはパッキンを劣化させないための冷却水を循環させる水路(図示せず)を設けている。冷却水はパッキンを冷却するが、同時にチャンバ本体や石英製カバーも冷却してしまうため、チャンバ内の排気口215近傍には局所的な低温部が作り出される。   Further, packing is used for sealing at the flange connecting portion of the chamber 203. The packing is made of fluoro rubber, and the heat-resistant temperature is up to about 300 ° C. Therefore, a water channel (not shown) for circulating cooling water for preventing deterioration of the packing is provided on the outer periphery of the chamber 203. The cooling water cools the packing, but at the same time, the chamber body and the quartz cover are also cooled, so that a local low temperature portion is created near the exhaust port 215 in the chamber.

ここで問題になるのは、気相成長反応にジクロロシラン(SiHCl)を用いたときの反応後のプロセスガスが低温雰囲気下におかれると、副生成物の反応性ポリシロキサン(化学式Si2x+2−yCl但しy≦2x+2)が発生し堆積することである。副生成物が排気口付近に堆積することにより、気相成長反応に必要なプロセスガスの流量の減少や、排気口215の排気圧力が低下し、高品質のウェハの生産に必要なプロセス条件を満たせなくなるなどの問題が発生してしまう。 The problem here is that when the process gas after the reaction when dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) is used for the vapor phase growth reaction is placed in a low temperature atmosphere, the by-product reactive polysiloxane (chemical formula Si x H 2x + 2-y Cl y where y ≦ 2x + 2) is generated and deposited. By-product accumulation near the exhaust port reduces the flow rate of the process gas required for the vapor phase growth reaction and the exhaust pressure of the exhaust port 215, thereby reducing the process conditions necessary for the production of high-quality wafers. Problems such as being unable to satisfy will occur.

また、堆積物の発生でチャンバ内のプロセス条件の設定が困難になったときにはチャンバ203本体を分解して、内部を洗浄するなどのメンテナンスを1ヶ月に1回程度の頻度で行わなければならなくなる。また、これを行うこと自体にも弊害があり、メンテナンス作業を全て完了した後、元のとおりに装置を組み立て直したとしても、その後製造されるウェハは、結晶の膜厚や純度などの品質をメンテナンス以前の水準に戻すには相当の時間が必要になることが分かっている。
さらに、メンテナンス作業を行うこと自体にも相当の時間と労力を要し、これによる気相成長装置の稼働率の低下も無視できない点である。
このように、従来の気相成長装置において、副生成物の堆積によって製造するウェハの品質の維持を阻害されたり、装置の管理を煩雑にさせたりするといった問題があった。
Further, when it becomes difficult to set process conditions in the chamber due to the generation of deposits, maintenance such as disassembling the chamber 203 and cleaning the inside must be performed once a month. . Also, doing this itself has a negative effect, and even after all maintenance work has been completed, even if the device is reassembled as before, the wafers that are manufactured afterwards will have quality such as crystal thickness and purity. It has been found that considerable time is required to return to the level before maintenance.
Furthermore, performing the maintenance work itself requires a considerable amount of time and labor, and a decrease in the operating rate of the vapor phase growth apparatus due to this time cannot be ignored.
As described above, in the conventional vapor phase growth apparatus, there are problems that the maintenance of the quality of the wafer to be manufactured by the deposition of by-products is hindered and the management of the apparatus is complicated.

上述の気相成長装置において、副生成物の堆積に起因する反応ガスの流量の減少やプロセス条件のばらつきはないことが望まれる。そのため、これを維持するための手段が種々提案されている。たとえば特開2001‐226774号公報(特許文献3)のように、反応炉の排気口付近と同じく副生成物が堆積しやすい部分である排気管内部の温度制御を行うことや、不活性ガスの流層を内筒表面付近に作り、反応後のプロセスガスを内筒表面に晒さないことによって排気を円滑にしようとすることは一般的である。   In the above-described vapor phase growth apparatus, it is desired that there is no decrease in the flow rate of reaction gas and variation in process conditions due to the deposition of by-products. Therefore, various means for maintaining this have been proposed. For example, as in JP-A-2001-226774 (Patent Document 3), temperature control inside the exhaust pipe, which is a portion where by-products are likely to accumulate as in the vicinity of the exhaust port of the reactor, It is common to create a fluidized bed in the vicinity of the inner cylinder surface and to smoothly exhaust the exhaust gas by not exposing the reacted process gas to the inner cylinder surface.

また、上述した気相成長装置では、反応後のプロセスガスがチャンバの排気口215から排気され、排気管内筒に入ったところでヒータにより加熱されることで、内筒壁面への副生成物の堆積を防ぐ。同時に、不活性ガス流層が内筒内壁を反応後のプロセスガスに曝露させないことで、さらに副生成物の堆積を低減させ、チャンバ内で生成された副生成物が排気ガスに運ばれて内筒に付着しそうになった場合は、不活性ガスが吹き飛ばし、付着を防いでいる。   Further, in the above-described vapor phase growth apparatus, the process gas after the reaction is exhausted from the exhaust port 215 of the chamber and heated by a heater when entering the exhaust pipe inner cylinder, thereby depositing by-products on the inner cylinder wall surface. prevent. At the same time, the inert gas flow layer does not expose the inner wall of the inner cylinder to the process gas after the reaction, thereby further reducing the accumulation of by-products, and the by-products generated in the chamber are carried to the exhaust gas. When it is likely to adhere to the cylinder, the inert gas is blown off to prevent the adhesion.

このような手段が採られていた理由として、副生成物が発生、堆積することの欠点には、この配管とこの配管の後に設けられた真空ポンプのメンテナンス回数の増加が懸念されていたことがあり、これを改善しようとしていたということが挙げられる。   The reason why such measures were taken was that the disadvantage of the generation and accumulation of by-products was that there was concern about an increase in the number of maintenances of this pipe and the vacuum pump provided after this pipe. Yes, it was mentioned that they were trying to improve this.

しかしながら、排気管以後の工程を構成する部分をどれだけ清浄にしようとも、チャンバ内での副生成物の堆積は特許文献3の方法においても同様に発生してしまう問題であり、当然チャンバ内に堆積した副生成物の除去のメンテナンスは行わなければならない。よって、メンテナンスの煩雑さや気相成長装置自体の稼働率を考慮すれば、チャンバ内への副生成物の発生を抑制することにより装置本体のメンテナンス回数を低減することを達成できる方法を採ることのほうが、より稼働率向上に寄与できることは明白である。   However, no matter how much the portion constituting the process after the exhaust pipe is cleaned, deposition of by-products in the chamber is a problem that occurs in the method of Patent Document 3 as well. Maintenance of removal of accumulated by-products must be performed. Therefore, considering the complexity of maintenance and the operating rate of the vapor phase growth apparatus itself, it is possible to adopt a method that can achieve a reduction in the number of maintenance of the apparatus main body by suppressing the generation of by-products in the chamber. It is clear that this can contribute to higher utilization rates.

特開平9−17734号公報JP-A-9-17734 特開2004−281673号公報JP 2004-281673 A 特開2001‐226774号公報JP 2001-226774 A

上述したように、従来の気相成長装置の副生成物発生を抑制する方法は、装置本体の稼働率向上が低下することや、チャンバ内のプロセス条件のばらつきを引き起こすことが考えられ、製造されるウェハの品質にも影響を及ぼしてしまうという観点からも充分であるとは言えず、いまだ改良の余地がある。
本発明は、上述した点に対処して、気相成長中の副生成物発生を抑制することで気相成長装置の稼働率向上、気相成長反応時のプロセス条件を安定化するようにして高品質のウェハを高い稼働率で製造できる新規の気相成長方法を提供することにある。
As described above, the conventional method for suppressing the generation of by-products in the vapor phase growth apparatus is manufactured because the improvement in the operating rate of the apparatus main body and the variation in process conditions in the chamber are considered. However, this is not sufficient from the viewpoint of affecting the quality of the wafer, and there is still room for improvement.
The present invention addresses the above-mentioned points and suppresses the generation of by-products during vapor phase growth, thereby improving the operating rate of the vapor phase growth apparatus and stabilizing the process conditions during the vapor phase growth reaction. It is an object of the present invention to provide a novel vapor phase growth method capable of manufacturing a high quality wafer at a high operation rate.

本発明の気相成長方法は、チャンバ内には、支持台上に載置されたウェハが収容され、前記ウェハ上に成膜するためのガスであるジクロルシランを供給する第一の流路及びガスを排気する第二の流路が前記チャンバに接続され、前記チャンバの周囲に前記チャンバ内の温度を制御するための冷却水循環部が設けられ、前記チャンバの内壁部に前記チャンバ内の温度を測定する温度センサが設けられ、前記冷却水の温度を制御する温度制御器が設けられた気相成長装置を用いて、前記ウェハへの成膜中は前記チャンバの内壁部の温度を15℃以上20℃以下に、前記ウェハへの成膜後に、前記チャンバ内壁部の温度を21℃以上30℃以下になるように、前記温度制御器で制御して前記ウェハ上に成膜することを特徴としている。
In the vapor phase growth method of the present invention, a wafer placed on a support base is accommodated in a chamber, and a first flow path for supplying dichlorosilane, which is a gas for forming a film on the wafer, and a gas A second flow path for exhausting air is connected to the chamber, a cooling water circulation part for controlling the temperature in the chamber is provided around the chamber, and the temperature in the chamber is measured on the inner wall part of the chamber The temperature of the inner wall of the chamber is set to 15 ° C. or more during film formation on the wafer using a vapor phase growth apparatus provided with a temperature sensor for controlling the temperature of the cooling water. The film is formed on the wafer under the control of the temperature controller so that the temperature of the inner wall of the chamber becomes 21 ° C. or higher and 30 ° C. or lower after the film formation on the wafer at a temperature of ℃ or lower. .

本発明によれば、上述した点に対処して、気相成長中の副生成物発生を抑制することで気相成長装置の稼働率向上、気相成長反応時の環境を安定化するようにして高品質のウェハを高い稼働率で製造できる新規の気相成長方法を提供することが可能である。
According to the present invention, by addressing the above-mentioned points, by suppressing the generation of by-products during vapor phase growth, the operating rate of the vapor phase growth apparatus is improved and the environment during the vapor phase growth reaction is stabilized. It is possible to provide a new vapor phase growth method capable of manufacturing a high-quality wafer at a high operation rate.

以下、本発明の実施をするための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
第1の実施形態では、上述した従来例と同様で、図1に示す如く、支持台101上に載置されたSi単結晶ウェハ102がチャンバー103内に収納される。収納されたSi単結晶ウェハ102は、ヒータ104により、成膜に必要な温度に加熱される。
The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
In the first embodiment, similar to the conventional example described above, a Si single crystal wafer 102 placed on a support base 101 is accommodated in a chamber 103 as shown in FIG. The accommodated Si single crystal wafer 102 is heated by a heater 104 to a temperature necessary for film formation.

チャンバ103には、SiHClガス及びHガスを供給するガス流路105a、105b(第1の流路)が連結され、ガス流路の他方はそれぞれガスシリンダ106a、106bに接続されている。その流路105a、105bの途中には、ガスを開閉するバルブ107A、107a、107B、107bが接続されている。即ちバルブは、Hガス制御用として、直列に107A、107a、SiHガス制御用として、直列に107B、107bが設けられている。このバルブ107Aと107aの間、107Bと107bの間には、圧力スイッチ114A、114Bが接続され、その圧力スイッチ(図示せず)の他端は制御装置(図示せず)に接続されている。この制御装置には、クリーニングガスを制御するバルブ109も接続されている。 Gas flow paths 105a and 105b (first flow paths) for supplying SiH 2 Cl 2 gas and H 2 gas are connected to the chamber 103, and the other gas flow paths are connected to gas cylinders 106a and 106b, respectively. Yes. Valves 107A, 107a, 107B, 107b for opening and closing the gas are connected in the middle of the flow paths 105a, 105b. That is, the valves are provided with 107A and 107a in series for H 2 gas control and 107B and 107b in series for SiH 4 gas control. Pressure switches 114A and 114B are connected between the valves 107A and 107a and 107B and 107b, and the other ends of the pressure switches (not shown) are connected to a control device (not shown). A valve 109 for controlling the cleaning gas is also connected to this control device.

なお、SiHClガスに硼素(Bガス)、燐(PHガス)などを含むようにすると、P型、N型のSi単結晶層を形成可能である。SiHClガスに含ませるガスは、硼素、燐に限らず、Al、Asなどを含むガスであっても構わない。 Note that if the SiH 2 Cl 2 gas contains boron (B 2 H 6 gas), phosphorus (PH 3 gas), or the like, P-type and N-type Si single crystal layers can be formed. The gas included in the SiH 2 Cl 2 gas is not limited to boron and phosphorus, but may be a gas including Al, As, and the like.

シリンダ106a、106bより、ガス流路105a、105bを介し、バルブ107A、107a、107B、107bが開放され、チャンバ103内に、SiHガス、Hガスが供給され、Si単結晶ウェハ上に、Si単結晶膜が成膜される。この成膜は、何回か繰り返して行う場合が多い。本実施形態の場合は、最初、SiHClガスにPHガスを混合したガスと、Hガスを、次に、SiHClガスにBガスを混合したガスと、Hガスを流すことによって、最初N型Si単結晶層、次にP型Si単結晶層が形成される。 Valves 107A, 107a, 107B, and 107b are opened from cylinders 106a and 106b through gas flow paths 105a and 105b, and SiH 4 gas and H 2 gas are supplied into chamber 103. A Si single crystal film is formed. This film formation is often repeated several times. In the case of the present embodiment, first, a gas in which PH 3 gas is mixed with SiH 2 Cl 2 gas, H 2 gas, a gas in which SiH 2 Cl 2 gas is mixed with B 2 H 6 gas, and H By flowing two gases, first an N-type Si single crystal layer and then a P-type Si single crystal layer are formed.

また、チャンバ103には、ClFガスを供給するガス流路108(第2の流路)が接続され、その流路108の途中には、ガスを開閉するバルブ109が接続されている。このバルブ109には、制御装置115が接続されている。なお、ClFガスを供給するガス流路108の他端は、当然ながらシリンダ110が接続されている。 In addition, a gas flow path 108 (second flow path) for supplying ClF 3 gas is connected to the chamber 103, and a valve 109 for opening and closing the gas is connected in the middle of the flow path 108. A controller 115 is connected to the valve 109. Of course, the cylinder 110 is connected to the other end of the gas flow path 108 for supplying the ClF 3 gas.

成膜(P型Si単結晶層、N型Si単結晶層)が終了後、チャンバ103内をクリーニングする。この場合、シリンダ110より、ガス流路108を介し、バルブ109を開放することにより、ClFガスが供給される。
なお、上記ウェハ上への成膜、チャンバ内のクリーニングにおいて、ガスの排気は、ガス排気用のガス流路112(第3の流路)が接続されている真空ポンプ113により、バキュームされる(バルブ111を開放する)。
After film formation (P-type Si single crystal layer, N-type Si single crystal layer) is completed, the inside of the chamber 103 is cleaned. In this case, the ClF 3 gas is supplied from the cylinder 110 by opening the valve 109 via the gas flow path 108.
In the film formation on the wafer and the cleaning of the chamber, the exhaust of the gas is vacuumed by the vacuum pump 113 to which the gas channel 112 (third channel) for gas exhaust is connected ( Open the valve 111).

本実施形態では、気相成長プロセスからクリーニングへの移行の際、チャンバ103内に加えて、SiHClガスの供給元側のバルブ107A(チャンバからバルブ107a経由バルブ107A迄),107B(チャンバからバルブ107b経由バルブ107B迄)までの配管もバキュームし、管内からSiHガスを排出する。SiH4ガスの排出後、バルブ107a、107A、107b,107Bを閉じる。この後に、ClFガスをチャンバ103内に導入し、クリーニングを実施する。
上述したように、本実施形態では、図1に示すようにチャンバ103上部には気相成長に必要な反応性ガスを含有するプロセスガスを導入する供給口100が、底部にはプロセスガスの排気口115が備えられている。そしてウェハの温度など反応環境がととのった後、供給口100からプロセスガスがチャンバ103内に導入され、反応後のプロセスガスは排気口115から排気される。
In this embodiment, during the transition from the vapor phase growth process to cleaning, in addition to the chamber 103, the SiH 2 Cl 2 gas supply side valves 107A (from the chamber to the valve 107A via the valve 107a), 107B (chamber To the valve 107B via the valve 107b) is vacuumed, and SiH 4 gas is discharged from the pipe. After discharging the SiH4 gas, the valves 107a, 107A, 107b, and 107B are closed. Thereafter, ClF 3 gas is introduced into the chamber 103 to perform cleaning.
As described above, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the supply port 100 for introducing a process gas containing a reactive gas necessary for vapor phase growth is provided at the top of the chamber 103, and the process gas is exhausted at the bottom. A mouth 115 is provided. After the reaction environment such as the temperature of the wafer is settled, process gas is introduced into the chamber 103 from the supply port 100, and the process gas after reaction is exhausted from the exhaust port 115.

プロセスガスの供給流量の設定は、たとえばキャリアガス:Hを20〜100SLM(Standard Liter per Minutes・標準リットル毎分)、成膜ガス:ジクロロシラン(SiHCl)を50sccm(standard cubic centimeter per minutes・標準cc毎分)〜2SLMと設定し、その他のドーパントガス:ジボラン(B)またはホスフィン(PH)を微量だけ加えるよう設定する。そのようにジボランを導入すればp型、ホスフィンを導入すればn型の導電性を示す膜が形成される。そしてチャンバ103内の圧力をたとえば1333Pa〜常圧に制御する。以上の条件を満たし、気相成長を開始する。 The process gas supply flow rate is set by, for example, carrier gas: H2 of 20 to 100 SLM (Standard Liter per Minutes), film formation gas: dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) of 50 sccm (standard cubic centimeter per). minutes · standard cc per minute) to 2 SLM, and other dopant gas: diborane (B 2 H 6 ) or phosphine (PH 3 ) is set to be added in a minute amount. When diborane is introduced as described above, a p-type conductivity film is formed, and when phosphine is introduced, an n-type conductivity film is formed. Then, the pressure in the chamber 103 is controlled to, for example, 1333 Pa to normal pressure. The above conditions are satisfied and vapor phase growth is started.

一般に、気相成長装置のチャンバ内壁は、ステンレス製の筐体を露出させないため石英製のカバーで全面を被覆している。これは、ウェハ表面の結晶膜形成時のパーティクルや金属汚染、あるいはチャンバ自体の腐食を防ぐためである。   Generally, the inner wall of the chamber of the vapor phase growth apparatus is covered with a quartz cover so as not to expose a stainless steel casing. This is to prevent particles and metal contamination during the formation of a crystal film on the wafer surface, or corrosion of the chamber itself.

上述の環境でウェハ102が気相成長反応を行っている間、ヒータ104はウェハ102を常に1000℃から1200℃程度に加熱し続けるため、チャンバ103温度は全体的に高くなり、ヒータ104に接近した箇所や、熱の輻射を受けやすいチャンバ103上部において特に顕著になる。   While the wafer 102 is performing vapor phase growth reaction in the above-described environment, the heater 104 keeps heating the wafer 102 from about 1000 ° C. to about 1200 ° C., so that the temperature of the chamber 103 increases as a whole and approaches the heater 104. This is particularly noticeable at the location where the heat treatment occurs and at the top of the chamber 103 that is susceptible to heat radiation.

チャンバ103全体の温度があまりに高くなってしまうと、電気制御されている機器に悪影響を与えたり、チャンバ103のフランジ接合部をシールしているパッキンや、ホルダ101とチャンバ103の間隙などの部分においてチャンバ103内部と外気とをシールをしているパッキン類(Oリングなどを含む)を劣化させたりしてしまう。ここで用いるパッキン類は、フッ素ゴム製のもので、耐熱温度は約300℃である。   If the temperature of the entire chamber 103 becomes too high, it may adversely affect the electrically controlled equipment, or may be used in a part that seals the flange joint of the chamber 103 or a gap between the holder 101 and the chamber 103. The packing (including the O-ring) that seals the inside of the chamber 103 and the outside air is deteriorated. The packing used here is made of fluororubber, and the heat-resistant temperature is about 300 ° C.

このとき機器の破損、パッキンの劣化を抑えるためチャンバ103外周に設けた冷却水の流路116に水温20℃冷却水〜45℃程の冷却水を循環させておくことで、ヒータ104に近接しているホルダの内部や、熱の輻射を受けやすいチャンバ103上部、パッキン(図示なし)などは冷却水の循環により冷却され、装置の稼動に良好な温度に保たれる。また、このときの冷却手段は水以外でも良く、空気あるいはオイルなど装置から効果的に熱を奪うことが出来るものであれば問題ない。   At this time, in order to suppress breakage of equipment and deterioration of packing, circulation of cooling water having a water temperature of 20 ° C. to 45 ° C. in the cooling water flow path 116 provided on the outer periphery of the chamber 103 makes it close to the heater 104. The inside of the holder, the upper portion of the chamber 103 that is susceptible to heat radiation, packing (not shown), and the like are cooled by circulation of cooling water, and kept at a favorable temperature for the operation of the apparatus. Further, the cooling means at this time may be other than water, and there is no problem as long as heat can be effectively removed from the apparatus such as air or oil.

しかしながら、加熱されにくい性質を持つ石英材で構成され、かつ第2のヒータ114の影響を受けにくい位置に設けられているチャンバ103下部の排気口付近の壁面の石英製カバーや、チャンバ103内下面に設けた円形の石英製カバーなどの部分が、冷却されることで気相成長反応後のプロセスガスによる副生成物が堆積してしまう。気相成長反応後のプロセスガスによる副生成物は、反応性ポリシロキサン(Si2x+2−yCl但しy≦2x+2)であり、その性質は、常温よりもやや高い概ね40℃から50℃以下の環境に気相成長後のプロセスガスが晒されたときに発生、堆積される。 However, a quartz cover on the wall surface near the exhaust port at the bottom of the chamber 103, which is made of a quartz material that is difficult to be heated and is not easily affected by the second heater 114, or the inner lower surface of the chamber 103 By cooling a portion such as a circular quartz cover provided on the substrate, a by-product due to the process gas after the vapor phase growth reaction is deposited. The by-product of the process gas after the vapor phase growth reaction is reactive polysiloxane (Si x H 2x + 2-y Cl y where y ≦ 2x + 2), and its properties are slightly higher than room temperature, and are generally 40 ° C. to 50 ° C. It is generated and deposited when the process gas after vapor deposition is exposed to the following environment.

このような状態になるとチャンバ103の排気口115の断面積が減少し、チャンバ103内に導入する気相成長反応に必要なプロセスガスの流量の減少や、チャンバ103からの排気圧力が低下し、高品質のウェハの生産に必要なプロセス条件を満たせなくなるなどの問題が発生してしまう。   In such a state, the cross-sectional area of the exhaust port 115 of the chamber 103 decreases, the flow rate of the process gas necessary for the vapor phase growth reaction introduced into the chamber 103 decreases, and the exhaust pressure from the chamber 103 decreases. Problems such as failure to satisfy process conditions necessary for production of high-quality wafers occur.

また、堆積した反応性ポリシロキサンは発火、爆発などの危険性があり、外気に触れると硬くなる性質も持つ。このためメンテナンス時に除去するにも慎重な作業が必要になり、時間も要する。よって、この装置自体の稼働率低下の原因として懸念しなければならない問題ともなる。   In addition, the deposited reactive polysiloxane has a risk of ignition, explosion, and the like, and has a property of becoming hard when exposed to the outside air. For this reason, careful work is required for removal during maintenance, and time is required. Therefore, it becomes a problem which must be concerned as a cause of a reduction in the operating rate of the apparatus itself.

この問題を解決するため、チャンバ103外周に設けた冷却水の流路116により、温度を冷却水制御部117より制御することにより、チャンバ内に埋設して副生成物の堆積が殆どなくなる。チャンバ内壁部の温度を21℃以上43℃以下にすれば、副生成物の付着は殆ど確認されなくなる。なお、チャンバ内壁部の温度は温度計118により測定し、冷却水制御部にフィードバックされ、冷却水の温度が制御される。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
In order to solve this problem, the temperature is controlled by the cooling water control unit 117 by the cooling water flow path 116 provided on the outer periphery of the chamber 103, so that there is almost no accumulation of by-products embedded in the chamber. If the temperature of the inner wall of the chamber is set to 21 ° C. or higher and 43 ° C. or lower, adhesion of byproducts is hardly confirmed. The temperature of the inner wall of the chamber is measured by a thermometer 118 and fed back to the cooling water control unit to control the temperature of the cooling water.
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously modified and implemented without departing from the scope of the invention.

本発明の実施形態における気相成長装置の断面図。Sectional drawing of the vapor phase growth apparatus in embodiment of this invention. 従来の気相成長装置を模式的に示した断面図。Sectional drawing which showed the conventional vapor phase growth apparatus typically.

符号の説明Explanation of symbols

100・・・・・・・・・・供給口
101・・・・・・・・・・支持台
102・・・・・・・・・・Si単結晶ウェハ
103・・・・・・・・・・チャンバ
104・・・・・・・・・・ヒータ
105a・・・・・・・・・SiHガス流路
105b・・・・・・・・・Hガス流路
106a・・・・・・・・・SiHガスシリンダ
106b・・・・・・・・・Hシリンダ
107、109、111・・バルブ
108・・・・・・・・・・ClFガス流路(第2のガス流路)
110・・・・・・・・・・ClFガスシリンダ
112・・・・・・・・・・排気用ガス流路(第3のガス流路)
113・・・・・・・・・・真空ポンプ
115・・・・・・・・・・排気口
116・・・・・・・・・・冷却水の流路
117・・・・・・・・・・冷却水制御部
118・・・・・・・・・・温度計
100 ... Supply port 101 ... Support base 102 ... Si single crystal wafer 103 ... .. Chamber 104... Heater 105 a... SiH 4 gas flow path 105 b... H 2 gas flow path 106 a. ... SiH 4 gas cylinder 106b ... H 2 cylinders 107, 109, 111 ... Valve 108 ... ClF 3 gas flow path (second Gas flow path)
110... ClF 3 gas cylinder 112... Exhaust gas flow path (third gas flow path)
113 ... Vacuum pump 115 ... Exhaust port 116 ... Cooling water flow path 117 ... ... Cooling water control unit 118 ... thermometer

Claims (1)

チャンバ内には、支持台上に載置されたウェハが収容され、前記ウェハ上に成膜するためのガスであるジクロルシランを供給する第一の流路及びガスを排気する第二の流路が前記チャンバに接続され、前記チャンバの周囲に前記チャンバ内の温度を制御するための冷却水循環部が設けられ、前記チャンバの内壁部に前記チャンバ内の温度を測定する温度センサが設けられ、前記冷却水の温度を制御する温度制御器が設けられた気相成長装置を用い、
前記ウェハへの成膜中は前記チャンバの内壁部の温度を15℃以上20℃以下に、前記ウェハへの成膜後に、前記チャンバ内壁部の温度を21℃以上30℃以下になるように、前記温度制御器で制御して前記ウェハ上に半導体膜を成膜することを特徴とする気相成長方法
In the chamber, a wafer placed on a support is accommodated, and a first flow path for supplying dichlorosilane, which is a gas for forming a film on the wafer, and a second flow path for exhausting the gas are provided. Connected to the chamber, a cooling water circulation unit for controlling the temperature in the chamber is provided around the chamber, a temperature sensor for measuring the temperature in the chamber is provided on the inner wall of the chamber, and the cooling Using a vapor phase growth apparatus provided with a temperature controller for controlling the temperature of water ,
During film formation on the wafer, the temperature of the inner wall portion of the chamber is 15 ° C. or more and 20 ° C. or less, and after film formation on the wafer, the temperature of the chamber inner wall portion is 21 ° C. or more and 30 ° C. or less. A vapor phase growth method comprising forming a semiconductor film on the wafer under the control of the temperature controller.
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