JP5413305B2 - Epitaxial growth equipment - Google Patents
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本発明は、基板に単結晶薄膜をエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長装置に関する。 The present invention relates to an epitaxial growth apparatus for epitaxially growing a single crystal thin film on a substrate.
半導体デバイスの製造工程においては、半導体基板上に薄膜をエピタキシャル成長させる工程がある。このような、エピタキシャル成長に用いる従来のエピタキシャル成長装置の概略図を図9に示す。図9に示すエピタキシャル成長装置104を用いたエピタキシャル成長工程では、外気を遮断したチャンバー101内で、ガス供給手段102によりサセプタ109に載置された基板W上にガス供給源106からの反応性ガス105を供給し、供給された原料ガス105により基板W上で気相反応を起こさせて薄膜をエピタキシャル成長させ、その後、反応後のガスはガス排出手段103によりチャンバー101外へ排出される。
In the manufacturing process of a semiconductor device, there is a process of epitaxially growing a thin film on a semiconductor substrate. FIG. 9 shows a schematic diagram of such a conventional epitaxial growth apparatus used for epitaxial growth. In the epitaxial growth process using the
このような装置を用いたエピタキシャル成長は、半導体装置の製造プロセスにおいて、バイポーラ素子の耐圧などを高めるために用いられており、素子においてもメガビットのメモリを製作する場合、α線によるソフトエラーやラッチアップを防ぐために必要な技術になっている。 Epitaxial growth using such a device is used to increase the breakdown voltage of a bipolar device in the manufacturing process of a semiconductor device. When a megabit memory is also manufactured in the device, a soft error or latch-up due to alpha rays is used. It is a necessary technology to prevent this.
このような、エピタキシャル成長装置を用いて、例えばエピタキシャルウェーハを作製する際に、エピタキシャル層を平滑に堆積させるには、基板表面上での原料ガスの流速ムラを低減することが肝要である。しかしながら、基板の直径は現在300mmまで拡大し、枚葉式で処理されているため、広範囲で流速ムラのない流れを形成することは非常に困難である。その為、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の厚み分布は、原料ガスの流れに応じた凹凸が形成されることがしばしばである。 In order to deposit an epitaxial layer smoothly, for example, when producing an epitaxial wafer using such an epitaxial growth apparatus, it is important to reduce unevenness in the flow rate of the source gas on the substrate surface. However, since the diameter of the substrate is currently increased to 300 mm and is processed in a single wafer type, it is very difficult to form a flow having a wide range and no flow rate unevenness. Therefore, the thickness distribution of the epitaxial layer of the epitaxial wafer is often formed with unevenness corresponding to the flow of the source gas.
このような問題に対して、図9に示すような装置104において、ガス供給手段102を、水平方向に向かって複数に分岐していくツリー状のガス流路にした装置がある。図10に、水平方向にガスが流れるツリー状のガス流路を有するガス供給手段102の上面からの概略図を示す。このような装置であれば、一つのガス供給源106につながった複数のガス噴き出し口から噴き出すガス105の流量がほぼ同じであるため、供給するガス105の基板W面内での流速分布を均一にするのが容易で、エピタキシャル層の厚み分布が改善される。特許文献1には、このようなツリー状のガス供給手段を有する装置が開示されている。
In order to solve such a problem, there is an apparatus in which the gas supply means 102 is made into a tree-like gas flow path that branches into a plurality in the horizontal direction in the
しかしながら、上記のようなガス供給手段を有する装置でエピタキシャル層の厚み分布は改善されるものの、正確にはガス流路内でのガスの流速ムラが生じて、やはり基板面内でのガスの流速ムラが悪くなってしまい、不十分である。これは、ツリー状のガス流路では、流されるガスがガス流路の各分岐後に必ず直角のコーナーを通らなければならず、この直角コーナー通過によりガス流路内での流速ムラが発生し、その後の分岐でガスは等分配されないためである。このような問題を解決するために、特許文献2のような手法が有効であるが、分岐後の流路内に一定の大きさの整流流路を設けるため、流路幅の縮小に際して加工上の限界があった。
However, although the thickness distribution of the epitaxial layer can be improved by the apparatus having the gas supply means as described above, the gas flow rate unevenness in the gas flow path is caused to be precise, and the gas flow rate in the substrate surface is also accurate. Unevenness becomes worse and insufficient. This is because, in a tree-like gas flow path, the flowed gas must pass through a right-angled corner after each branch of the gas flow path, and flow velocity unevenness occurs in the gas flow path by passing through this right-angled corner, This is because the gas is not equally distributed in the subsequent branch. In order to solve such a problem, a technique such as
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、簡易な構造で、ツリー状のガス流路から噴き出されるガスの流速ムラを抑制でき、エピタキシャル層の厚み分布のより一層の改善をすることができるとともに、装置のコンパクト化が可能なエピタキシャル成長装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and has a simple structure, can suppress the uneven flow velocity of the gas ejected from the tree-like gas flow path, and further improve the thickness distribution of the epitaxial layer. An object of the present invention is to provide an epitaxial growth apparatus that can reduce the size of the apparatus.
上記目的を達成するために、本発明は、少なくとも、エピタキシャル成長させる基板を載置するサセプタが内部に設置されるチャンバーと、該チャンバー内の前記サセプタ上に載置された基板にガス供給源からのガスを供給するガス供給手段と、前記供給されたガスを前記チャンバー外に排出するガス排出手段とを具備するエピタキシャル成長装置であって、前記ガス供給手段が、少なくとも、下流に向かって複数の流路に分岐していくツリー状のガス流路を具備し、該ツリー状のガス流路の少なくとも一つの外コーナーに、半円状の断面を有するガス溜り部が形成されたものであることを特徴とするエピタキシャル成長装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides at least a chamber in which a susceptor on which a substrate to be epitaxially grown is placed, and a substrate placed on the susceptor in the chamber from a gas supply source. An epitaxial growth apparatus comprising a gas supply means for supplying a gas and a gas discharge means for discharging the supplied gas to the outside of the chamber, wherein the gas supply means includes at least a plurality of flow paths downstream. A tree-like gas flow path that branches into a gas flow path, and a gas reservoir having a semicircular cross-section is formed in at least one outer corner of the tree-like gas flow path. An epitaxial growth apparatus is provided.
このように、ツリー状のガス流路の少なくとも一つの外コーナーに、半円状の断面を有するガス溜り部が形成されたものであれば、外コーナーを通る流速の速いガスがガス溜り部でガス流路の内側に流され、その後、ガス溜り部に続く直線状のガス流路で流速分布が整えられ、流路内での流速ムラを単純な構造で簡易に抑制できるため、流路の分岐においてガスが均等な流量に分岐される。また、ツリー状のガス流路であるため、少ないガス供給源で、流路の分岐により効率的に均一なガス流量に分配できる。このように、本発明であれば、簡易な構造でガス流路内での流速ムラを抑制してガスを均等に分岐させて、基板面内で均一なガス流速分布でガスを供給することができるため、コンパクト化が可能で、膜厚均一なエピタキシャル層を成長させることができる装置となる。 In this way, if a gas reservoir having a semicircular cross section is formed in at least one outer corner of the tree-like gas flow path, a gas having a high flow velocity passing through the outer corner is generated in the gas reservoir. Since the flow velocity distribution is adjusted by the linear gas flow channel that flows to the inside of the gas flow channel and then continues to the gas reservoir, and uneven flow velocity in the flow channel can be easily suppressed with a simple structure. At the branch, the gas is branched to an equal flow rate. In addition, since it is a tree-shaped gas flow path, it can be efficiently distributed to a uniform gas flow rate by branching the flow path with a small gas supply source. As described above, according to the present invention, the gas can be evenly branched by suppressing uneven flow velocity in the gas flow path with a simple structure and supplied with a uniform gas flow velocity distribution in the substrate surface. Therefore, the device can be made compact and can grow an epitaxial layer having a uniform film thickness.
このとき、前記ガス溜り部の半円状の断面が、前記ツリー状のガス流路の流路幅以上の半径を有するものであることが好ましい。
このように、ガス溜り部の半円状の断面が、ツリー状のガス流路の流路幅以上の半径を有するものであれば、ガス流路内での流速ムラを抑制するのに十分なスペースが形成され、コーナー部分での流速ムラをより効果的に抑制することができる装置となる。
At this time, it is preferable that the semicircular cross section of the gas reservoir has a radius equal to or larger than the flow path width of the tree-shaped gas flow path.
Thus, if the semicircular cross section of the gas reservoir has a radius equal to or larger than the flow path width of the tree-shaped gas flow path, it is sufficient to suppress the flow velocity unevenness in the gas flow path. A space is formed, and the apparatus can more effectively suppress the uneven flow velocity at the corner portion.
このとき、前記ツリー状のガス流路が、前記ガス溜り部に続いて10mm以上の長さの直線状のガス流路が形成されたものであることが好ましい。
このように、ガス溜り部に続いて10mm以上の長さの直線状のガス流路が形成されたものであれば、直線状のガス流路内で、ガス溜り部で混合された流速の異なるガス同士が十分に混ざり、より均一な流速にできる装置となる。
At this time, it is preferable that the tree-shaped gas flow path is formed by forming a straight gas flow path having a length of 10 mm or more following the gas reservoir.
In this way, if a linear gas flow path having a length of 10 mm or more is formed following the gas reservoir, the flow rates mixed in the gas reservoir differ in the linear gas flow path. The gas is sufficiently mixed so that the apparatus has a more uniform flow rate.
このとき、前記ツリー状のガス流路が、全体として鉛直方向にガスが流れるものであり、前記ガス供給手段が、前記ツリー状のガス流路の下流の端部に接続され、前記ツリー状のガス流路からのガスを水平方向に噴き出して前記サセプタ上に載置された基板にガスを供給する水平ガス流路を具備するものであることが好ましい。
このように、ツリー状のガス流路が、全体として鉛直方向にガスが流れるものであり、ガス供給手段が、ツリー状のガス流路の下流の端部に接続され、ツリー状のガス流路からのガスを水平方向に噴き出してサセプタ上に載置された基板にガスを供給する水平ガス流路を具備するものであれば、垂直方向に流れてきたガスが水平ガス流路との接続部に当たることで、一度分散したガスの流れがガスの噴き出し口に向かって一定に揃えられて、その後水平方向に噴き出されるため、基板面内でより均一にガスを供給することができる装置となる。
At this time, the tree-shaped gas flow path is a gas flow in the vertical direction as a whole, the gas supply means is connected to the downstream end of the tree-shaped gas flow path, and the tree-shaped gas flow path It is preferable to have a horizontal gas flow path that blows out gas from the gas flow path in the horizontal direction and supplies the gas to the substrate placed on the susceptor.
In this way, the tree-like gas flow path is a gas flow in the vertical direction as a whole, and the gas supply means is connected to the downstream end of the tree-like gas flow path, and the tree-like gas flow path If a horizontal gas flow path is provided for supplying gas to the substrate placed on the susceptor by blowing out gas from the horizontal direction, the gas flowing in the vertical direction is connected to the horizontal gas flow path. Since the gas flow once dispersed is uniformly aligned toward the gas ejection port and then ejected in the horizontal direction, the gas can be supplied more uniformly within the substrate surface. .
以上のように、本発明によれば、簡易な構造で、ガス流路内での流速ムラを抑制して、基板に均一にガスを供給することができるため、近年の大口径ウェーハにおいても十分に均一な膜厚分布を有するエピタキシャル層を形成することができる装置となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to supply gas uniformly to a substrate with a simple structure and suppressing flow rate unevenness in the gas flow path. This makes it possible to form an epitaxial layer having a uniform film thickness distribution.
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1は、本発明のエピタキシャル成長装置の実施態様の一例を示す概略図である。図2は、本発明のエピタキシャル成長装置のツリー状のガス流路の一例を示す概略図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail as an example of an embodiment with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
FIG. 1 is a schematic view showing an example of an embodiment of an epitaxial growth apparatus of the present invention. FIG. 2 is a schematic view showing an example of a tree-like gas flow path of the epitaxial growth apparatus of the present invention.
まず、図1に示す本発明のエピタキシャル成長装置14は、エピタキシャル成長させる基板Wを載置するサセプタ19が内部に設置されるチャンバー11と、チャンバー11内のサセプタ19上に載置された基板Wにガス供給源16からのガス15を供給するガス供給手段12と、反応後のガスをチャンバー11外に排出するガス排出手段13とを有する。
First, the
この他、本発明のエピタキシャル成長装置14は、サセプタ19を回転させるためのサセプタ回転機構20や、基板Wを加熱するためのランプ加熱装置(図示せず)等を適宜具備するものでもよい。
このサセプタ回転機構20は、サセプタ19を回転させることにより基板Wを回転させ、エピタキシャル成長が基板面内において均一に行われるようにするためのものである。
In addition, the
The
そして、本発明では、図2に示すように、ガス供給手段12が、下流に向かって複数の流路に分岐していくツリー状のガス流路18を具備し、該ツリー状のガス流路18の少なくとも一つの外コーナーに、半円状の断面を有するガス溜り部21が形成されたものである。
ガス溜り部21を形成することで、コーナー外側の速度の速い流れは、続く直線状のガス流路の内側にいき、流路内でガスの速度分布が整えられる。このような本発明の装置は、特許文献2の装置に比べて単純な形状であるため、加工も容易で且つ、狭い流路にも適用が可能である。また、流速ムラをなくすために、コーナー通過後の直線状のガス流路を必要以上に長くすることもなく、コーナー通過後の直線状のガス流路を短くすることができ、ガス供給手段12(インジェクション)自体のコンパクト化にも貢献できる。このようなツリー状のガス流路18であれば、流路内でのガスの流速ムラが少ないため、ガス供給源16からのガスを均等に分岐させることができ、サセプタ19上の大口径の基板Wに、効率的に面内均一にガスを供給することができる。従って、本発明の装置であれば、簡易な構造で、基板面内で均一にガスを供給できるため、大口径のウェーハ上に膜厚均一なエピタキシャル層を成長させることができ、さらに装置のコンパクト化が可能である。
And in this invention, as shown in FIG. 2, the gas supply means 12 is equipped with the tree-shaped
By forming the
このとき、ガス溜り部21の半円状の断面が、ツリー状のガス流路18の流路幅以上の半径を有するものであることが好ましい。
このような半径を有するガス溜り部21であれば、整流に十分なスペースができるため、ガス溜り部21でのガス流速の均一化がより効果的に行われる。
At this time, it is preferable that the semicircular cross section of the
Since the
また、ツリー状のガス流路18が、ガス溜り部21に続いて10mm以上の長さの直線状のガス流路が形成されたものであることが好ましい。
このように、ガス溜り部21に続く、直線状のガス流路の長さLが10mm以上あれば、直線状のガス流路内をガスが流れる間に、ガス溜り部21で混ざった異なる流速のガス同士が均一に混ざって、流速ムラを無くすのに十分な長さである。
Further, it is preferable that the tree-like
Thus, if the length L of the linear gas flow path following the
また、図1、2に示すように、ツリー状のガス流路18が、全体として鉛直方向にガスが流れるものであり、ガス供給手段12が、ツリー状のガス流路18の下流の端部に接続され、ツリー状のガス流路18からのガスを水平方向に噴き出してサセプタ19上に載置された基板Wにガスを供給する水平ガス流路17を具備するものであることが好ましい。
このように、本発明のツリー状のガス流路18により鉛直方向に均一な流速で流れてきたガスが、水平ガス流路17に流れ込む際にL字の外コーナー面に当たることで、流速ムラをより抑制でき、より均一にガスを供給することができる。また、ツリー状のガス流路18を鉛直方向に流れるように配置して全体でL字型の流路とすれば、流路を多数分岐させても水平方向の装置幅を大きくする必要が無く、スペース上有利である。また、図1とは逆にツリー状ガス流路18を下方から上方に流れるように配置して全体で逆L字型とすることもできるが、図1のように、上方から下方に流れるツリー状ガス流路18とした方が、流速ムラをより抑制することができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the tree-shaped
As described above, when the gas flowing in the vertical direction at a uniform flow rate by the tree-shaped
また、本発明のガス溜り部21は、ツリー状のガス流路18のいずれか一以上の外コーナーに形成されていればよく、図2のように、ツリー状のガス流路18の同一段の外コーナー全てにガス溜り部21を形成すれば、基板面内で均一な流速でガスを供給することが容易であり、または、流路の分岐前のコーナー部分の全てに形成すれば、すべての分岐の際に分配されるガス流量が均等になり、最も好ましい。
Further, the
このような、本発明のエピタキシャル成長装置であれば、基板面内で均一な流速でガスを供給することができるため、膜厚均一なエピタキシャル層を形成することができる装置となる。 With such an epitaxial growth apparatus of the present invention, gas can be supplied at a uniform flow rate in the substrate surface, so that an epitaxial layer having a uniform film thickness can be formed.
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
図2に示すガス溜り部を有する本発明のツリー状のガス流路を複数水平に並べてガス供給手段とした本発明のエピタキシャル成長装置を用いて、直径300mmのシリコンウェーハ上にエピタキシャル成長を行った。また、ツリー状のガス流路を複数水平に並べたガス供給手段の噴き出し口は全部で96ポートとした。
エピタキシャル成長条件は、反応温度1150℃、水素流量70slm、TCS(トリクロロシラン)ガス流量10slmでエピタキシャル層を膜厚5μmまで成長させた。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
Example 1
Epitaxial growth was performed on a silicon wafer having a diameter of 300 mm using the epitaxial growth apparatus of the present invention in which a plurality of tree-like gas flow paths of the present invention having gas reservoirs shown in FIG. In addition, the outlets of the gas supply means in which a plurality of tree-like gas flow paths are arranged horizontally are 96 ports in total.
The epitaxial growth conditions were a reaction temperature of 1150 ° C., a hydrogen flow rate of 70 slm, a TCS (trichlorosilane) gas flow rate of 10 slm, and an epitaxial layer was grown to a film thickness of 5 μm.
図3に基板面内でのガスの流速分布を、図4にエピタキシャル層の膜厚分布の偏差を示す。 FIG. 3 shows the gas flow velocity distribution in the substrate surface, and FIG. 4 shows the deviation of the film thickness distribution of the epitaxial layer.
(比較例)
図5に示すガス溜り部が形成されていない外コーナーが直角であるツリー状のガス流路を用いた以外は、実施例1と同様の装置、条件でエピタキシャル層を成長させた。
図6に基板面内でのガスの流速分布を、図7にエピタキシャル層の膜厚分布の偏差を示す。
(Comparative example)
The epitaxial layer was grown under the same apparatus and conditions as in Example 1 except that the tree-shaped gas flow path having a right outer corner with no gas reservoir portion shown in FIG. 5 was used.
FIG. 6 shows the gas flow velocity distribution in the substrate surface, and FIG. 7 shows the deviation of the film thickness distribution of the epitaxial layer.
(実施例2)
本発明のツリー状のガス流路を、基板に対して鉛直方向にガスが流れるように複数並べて、その下流端に水平ガス流路を接続したL字型ガス供給手段が取り付けられた図1の装置を用いた以外は、実施例1と同じ条件で、エピタキシャル層を成長させた。図8にエピタキシャル層の膜厚分布の偏差を示す。
(Example 2)
A plurality of the tree-like gas flow paths of the present invention are arranged so that gas flows in the vertical direction with respect to the substrate, and an L-shaped gas supply means having a horizontal gas flow path connected to the downstream end thereof is attached in FIG. An epitaxial layer was grown under the same conditions as in Example 1 except that the apparatus was used. FIG. 8 shows the deviation of the film thickness distribution of the epitaxial layer.
実施例1と比較例を比較すると、図3と図6から分かるように、基板面内でのガスの流速分布は図3の実施例1の方が良好であり、その結果、図4と図7に示されるように、成長させたエピタキシャル層の膜厚均一性が、図4の実施例1の方が良好である。また、実施例1と実施例2を比較すると、図8に示す実施例2では、実施例1より膜厚均一性が良かった。これより、本発明のように、ツリー状のガス流路にガス溜り部が形成されたものであれば、ガス溜り部が無いツリー状のガス流路に比べ、ガスの流速分布が良好で膜厚均一なエピタキシャル層を成長させることができることが分かった。特に、ガス溜り部が形成された実施例1、2の中でも、実施例1の水平の流路のみに比べ、実施例2のL字型流路の方がガス流速分布がより均一で、膜厚均一性がより良好なエピタキシャル層を成長させることができることが分かった。 Comparing Example 1 and the comparative example, as can be seen from FIGS. 3 and 6, the gas flow velocity distribution in the substrate surface is better in Example 1 of FIG. 3, and as a result, FIG. 4 and FIG. As shown in FIG. 7, the film thickness uniformity of the grown epitaxial layer is better in Example 1 of FIG. Further, when Example 1 and Example 2 were compared, the film thickness uniformity was better in Example 2 shown in FIG. Thus, as in the present invention, if the gas reservoir is formed in the tree-like gas flow path, the gas flow velocity distribution is good and the membrane is better than the tree-like gas flow path without the gas reservoir. It has been found that a uniform epitaxial layer can be grown. In particular, among the first and second embodiments in which the gas reservoir is formed, the gas flow velocity distribution of the L-shaped channel of the second example is more uniform than the horizontal channel of the first example, and the membrane It has been found that an epitaxial layer with better thickness uniformity can be grown.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
11…チャンバー、 12…ガス供給手段、 13…ガス排出手段、
14…エピタキシャル成長装置、 15…ガス、 16…ガス供給源、
17…水平ガス流路、 18…ツリー状のガス流路、 19…サセプタ、
20…サセプタ回転機構、 21…ガス溜り部、 W…基板。
11 ... Chamber, 12 ... Gas supply means, 13 ... Gas discharge means,
14 ... epitaxial growth apparatus, 15 ... gas, 16 ... gas supply source,
17 ... Horizontal gas flow path, 18 ... Tree-shaped gas flow path, 19 ... Susceptor,
20 ... Susceptor rotation mechanism, 21 ... Gas reservoir, W ... Substrate.
Claims (4)
前記ガス供給手段が、少なくとも、下流に向かって複数の流路に分岐していくツリー状のガス流路を具備し、該ツリー状のガス流路の少なくとも一つの外コーナーのガス流が突き当たる部分に、該ツリー状のガス流路の縦断面において半円状の断面を有するガス溜り部が形成されたものであることを特徴とするエピタキシャル成長装置。 At least a chamber in which a susceptor on which a substrate to be epitaxially grown is placed is installed, gas supply means for supplying a gas from a gas supply source to the substrate placed on the susceptor in the chamber, and the supply An epitaxial growth apparatus comprising a gas discharge means for discharging the gas out of the chamber,
The gas supply means includes at least a tree-like gas flow path branched into a plurality of flow paths toward the downstream, and a portion where the gas flow of at least one outer corner of the tree-like gas flow path hits An epitaxial growth apparatus characterized in that a gas reservoir having a semicircular cross section is formed in the longitudinal cross section of the tree-like gas flow path .
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