JPH02279589A

JPH02279589A - 気相成長装置

Info

Publication number: JPH02279589A
Application number: JP10121489A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Ikegami; 池上　薫
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-04-19
Filing date: 1989-04-19
Publication date: 1990-11-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】Ｌ１工１里ユＩ本発明はウェハ表面にエピタキシャル膜を形成する気相
成長装置に関する。

灸來五弦藷エピタキシャル膜とは、シリコン等の単結晶を基板（ウ
ェハ）として、その上にさらに単結晶を気相成長させて
形成された薄膜をいい、このエピタキシャル膜の形成は
、ＣＯＤ、Ｂ　１−ＣＭＯＳ等のＩＣデバイスの製造過
程において重要な工程の一つとなっている。

このエピタキシャル膜の形成に供与される気相成長装置
としては、水平式気相成長装置や縦型気相成長装置等の
種類がある。

これらの気相成長装置においては、装置本体内にサセプ
タが配設されると共に、原料ガスが該サセプタ上に形成
される停滞層（Ｓｔａｇｎａｎｔ　Ｌａｙｅｒ、濃度境
界層に相当する）内を拡散してウェハ上に到達し、前記
サセプタ上で起こる熱分解反応によって、ウェハ表面に
エピタキシャル膜が形成される。

この種の気相成長装置においては、前記停滞層は、原ｆ
４ｊｊスの流れ方向に対して除々に発達し厚くなること
が知られている。したがって、ウェハ上における停滞層
の厚さは異なり、原料ガスのウェハ表面への到達時間が
異なるため、エピタキシャル膜の成長速度が不均一とな
る。このため、ウェハ上には均一な膜厚分布を有するエ
ピタキシャル膜を形成することができず、製品間に性能
のバラツキが生じたり、製品初信頼性に欠けるという問
題が生じていた。

そこで、均一な膜厚分布を有するエピタキシャル膜を形
成する試みが従来から種々なされている。

第８図は水平式気相成長装置において、膜厚分布の均一
化を図った従来例を示している。

停滞層の厚さδと原料ガスの流速■、及び膜の成長速度
Ｕとの間には以下に示す関係があることが知られている
（”Ａ　Ｓｔａｇｎａｎｔ　Ｌａｙｅｒ　Ｍｏｄｅｌ　
ｆｏｒｔｈｅ　Ｅｐｉｔａｘｉａｌ　Ｇｒｏｗｔｈ　ｏ
ｆ　５ｉｌｉｃｏｎ　ｆｒｏｍ　５ｉｌａｎｅｉｎ　ａ
　Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｉ　Ｒｅａｃｔｏｒ”　Ｆ、Ｃ，
Ｅｖｅｒｓｔｅｙｎ、ｅｔ。

ＪＥＣ３Ｊｕｌ、１９７０．Ｖｏｊ、ｌ１７．Ｎｏ、７
１゜δＣＣＡ／ｆＴＪ（Ａ　：定数）−・−■ｕｏｃｌ
／δ　　　　・・・・・・・・・■つまり、膜の成長速
度Ｕは停滞層の厚さδに律速されると共に、該停滞層の
厚さδは原料ガスの流速■に依存する。

この従来例は前記０式、■式の関係を利用し、停滞層の
厚さδが一定となるように流れ方向の流速を変化させて
膜の成長速度の均一化を図ったものである。

すなわち、該気相成長装置においては、装置本体５１内
に原料ガスの流れ方向に対して傾斜した状態にサセプタ
５２が配設されているＪ、　ｅｌｅｃｔｒ。

ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｓｏｃ、、Ｖｏｇ　１１７．１９７
０．Ｎｏ、７．Ｐ、９２５　、そして、原料ガスが矢印
Ｘ方向からサセプタ５２上に供給され、サセプタ５２に
載置された適数個のウェハ５３・・・表面にエピタキシ
ャル膜が形成される。

このように前記水平式気相成長装置においては、原料ガ
スの流れ方向に沿って原料ガスの通過面積が小さくなる
ようにサセプタ５２が傾斜した状態に配設されているの
で、原料ガスの下流側における前記通過面積が絞られて
下流側の流速が増加され、下流側の停滞層の厚さを薄く
することが可能となる。したがって、サセプタの傾斜角
度を適当に選択することにより、前記停滞層の厚さをあ
る程度均一化することができ、膜厚分布の均一性向上を
図ることができる。

また、第９図は所謂パンケーキ型と呼称される縦型気相
成長装置において、膜厚分布の均一化を図った一般に用
いられている従来例を示している。

該縦型気相成長装置においては、所定の流速でもって矢
印Ｙ方向から原料ガスを装置本体５５内に供給すると共
に、原料ガスの一部を一定時間の間、装置本体５５内に
滞留させ、ウェハ５３・・・上でのガス流速を一定値に
近づけることによって、停滞層の厚さを一定厚さに保持
しようとしている。すなわち、停滞層の厚さが一定厚さ
に保持されれば、膜の成長速度も均一化され、均一な膜
厚分布を有するエピタキシャル膜を形成することが可能
となる。尚、この従来例においては、残余の未反応ガス
等は矢印Ｚ方向に排出される。

日が　決しようとする課題しかし、上記従来例においては、膜形成過程において、
原料ガスの供給流量が変化したり、装置本体内の温度が
変化した場合、原料ガスの流速も変化するため、停滞層
の厚さを常に均一厚さに保持することはできない、した
がって、原料ガスの供給流量が変化したり、装置本体内
の温度が変化した場合、ウニ八表面に形成されるエピタ
キシャル膜の膜厚分布は、所望の均一性を満たすことが
できないという問題点があった。

また、原料ガスの流量や装置本体内の雰囲気）温度が常
に一定となるように制御することは、　１１９に困難で
あるため、原料ガスの流れ条件とは無関係に停滞層の厚
さの均一化を図ることが望ましい。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであって
、ウェハ上の停滞層の厚さを均一化し、膜厚分布の均一
性が向上したエピタキシャル膜をウニ八表面に形成する
ことができる気相成長装置を提供することを目的とする
。

課題な　゛するための　段上記目的を達成するために本発明に係る気相成長装置は
、ウェハを載置して回転駆動するサセプタが装置本体内
に配設され、前記ウェハ上に形成される停滞層の厚さを
制御する制御機構が前記サセプタ上に配設されているこ
とを特徴としている。

止上記構成によれば、制御機構がサセプタ上に設けられて
いるので、サセプタを回転駆動させることにより、前記
制御機構を介してウェハ上の停滞層厚さの均一化を図る
ことが可能となる。

夫亘困以下、本発明に係る実施例を図面に基づき詳説する。

第１図及び第２図において、■は本発明に係る気相成長
装置の一例としての水平式気相成長装置であって、石英
製の装置本体２と、複数個のウェハ３・・・をその表面
に載置するサセプタ４と、装置本体２の上方及び下方に
配設されて該装置本体２内部を加熱するヒータ部５と、
ウェハ３上に形成される停滞層の厚さを制御する制御機
構６とを主要部として構成されている。

また、装置本体２は、第２図に示すように、断面矩形形
状に形成されているサセプタ４は、炭化ケイ素を被覆した炭素からなり、平
面視円形状に形成されて図示省略の駆動機構により矢印
Ｃ方向に回転可能とされている。

ヒータ部５は、複数個の赤外線ランプ７・・・と。

これら赤外線ランプ７・・・の熱を反射して装置本体２
内部の加熱に寄与する反射板８とを主要部として構成さ
れている。

しかして、制御機構６は、サセプタ４上に設けられた石
英からなる平板状の制御部材９と、基端が装置本体２の
管壁１０に固着されて制御部材９を支持する支持部材１
１とから構成されている。

該支持部材１１の先端は二股状に形成され、制御部材９
は前記支持部材１１に挟着されている。また、この実施
例においては、前記制御部材９は、原料ガスの流れを妨
げないように、原料ガスの流れ方向（矢印Ｂで示す）に
対して平行に配設されている。

制御部材９とウェハ３との間隙ｔは、ウェハ上に形成さ
れる停滞層の厚さ以下に設定する必要がある。該停滞層
の厚さは、「従来の技術」の項で述べたように、原料ガ
スの流速に依存するが、前約には２ｍｍ以下であるため
、前記間隔ｔも停滞層の厚さに対応させて２ｍｍ以下に
設定する必要がある。

このように構成された気相成長装置において、原料ガス
が矢印Ｂ方向から搬送されてサセプタ４上に到達すると
、回転駆動している該サセプタ４と制御部材９とにより
、停滞層が撹乱されて停滞層の厚さが均一化され、原料
ガスのウェハ３表面への到達時間が均一化されて膜の成
長速度が均一化さ才する。

第３図はこのように停滞層が撹乱されて停滞層の厚さが
均一化される原理を示した図である。すなわち、制御機
構６が設けられていない場合は、停滞層は流れ方向に除
々に発達して、Ｅ部とＦ部に相当する部分に停滞層が形
成されるが、制御機構６を設け、かつサセプタ４を矢印
Ｃ方向に回転駆動させることにより、Ｆ部の停滞層の部
分がカットされ、均一厚さを有するＥ部の部分が停滞層
として残る。つまり、制御機構６を設け、かつサセプタ
４を回転駆動させることにより、停滞層の厚さが均一化
され、該停滞層内を拡散してウェハ３表面に到達する原
料ガスの流速が均一化される。したがって、膜の成長速
度が均一化され、膜厚分布の均一性が向上したエピタキ
シャル膜をウェハ表面に形成することができる。

第１表はキャリアガスとしてＨ２を含有した５ｉＨＣ１
，を原料ガスとして使用した場合における膜厚分布の均
一性を従来例と共に示した測定結果である。尚、従来例
の気相成長装置は、制御機構６を設けなかった以外は本
発明の気相成長装置と同様の仕様である。

この表から明らかなように、膜厚分布の均一性において
、従来例では±ｌＯ％の「バラツキ」があったのに対し
、本発明においてはその「バラツキ」が±５％と改善さ
れたのが判る。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく要旨
を逸脱しない範囲において変更可能なことはいうまでも
ない。

すなわち、制御機構６を構成している平板状の制御部材
９は停滞層を撹乱する作用をなせばよい、ウェハ３と制
御部材９との間隙ｔ（第１図参照）は停滞層の厚さ以下
であればよいのであって、第４図（イ）、（ロ）に示す
ように、原料ガスの流れ方向と平行に複数個の制御部材
９・・・を列設してもよく、また第５図（イ）、（ロ）
に示すように、３個の制御部材９ａ、９ｂ、９ｃを設け
ると共に、そのうち左右の制御部材９ａ、９ｃを原料ガ
スの流れ方向に対して傾斜させて設けてサセプタ４中央
部の流速が増大するように構成しても、上記実施例と同
様、本発明の所期の目的を達成することができる。

また、制御部材１５は、第６図（イ）、（ロ）に示すよ
うに、原料ガスの流れ方向に対して傾斜させてもよく、
さらに、ウェハ３と制御部材１５との最近接距離が停滞
層の厚さ以下であれば、第７図（イ）、（ロ）に示すよ
うに、制御部材２０がサセプタ４に対して傾斜した状態
に設けられていても上述と同様、本発明の作用効果を奏
することができる。

さらに、図示は省略するが縦型気相成長装置についても
サセプタ上に同様な制御機構を設番ブることにより、上
述と同様、所期の目的を達成することができるのはいう
までもない。

１」五効逮以上詳述したように、本発明に係る気相成長装置は、ウ
ェハを載置して回転駆動するサセプタが装置本体内に配
設され、前記ウェハ上に形成される停滞層の厚さを制御
する制御機構が前記サセプタ上に設けられているので、
サセプタを回転駆動させることにより、前記制御機構を
介してサセプタ上の停滞層厚さの均一化を図ることが可
能となる。

したがって、原料ガス中の反応成分がウェハ表面へ到達
する速度が均一化され、膜厚分布の均一性が向上したエ
ピタキシャル膜をウェハ表面に形成することができる。

このためこのウェハを使った製品及び製品間では性能に
関して「バラツキ」の少ない、信頼性の高いＩＣデバイ
スを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る気相成長装置の一実施例を模式的
に示した断面構造図、第２図は第１図のＩＩ　−ＩＩ断
面図、第３図は本発明の詳細な説明するための説明図、
第４図（イ）は別の実施例を示す平面図、第４図（ロ）
は正面図、第５図（イ）はさらに別の実施例を示す平面
図、第５図（ロ）は正面図、第６図（イ）はさらに別の
実施例を示す平面図、第６図（ロ）は正面図、第７図（
イ）はさらに別の実施例を示す平面図、第７図（ロ）は
正面図、第８図は従来例を模式的に示した断面図、第９
図は別の従来例を模式的に示した断面図である。２・・・装置本体、３・・・ウェハ、４−・・サセプタ
、６・・・制御機構、Ｅ、Ｆ・・・停滞層。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ウェハを載置して回転駆動するサセプタが装置本
体内に配設され、前記ウェハ上に形成される停滞層の厚
さを制御する制御機構が前記サセプタ上に配設されてい
ることを特徴とする気相成長装置。