JPH0247829A - 気相成長装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体基板（ウェハ）上の所定部分に半導体
層を気相成長させるための気相成長装置に係り、特に抵
抗加熱方式の気相成長装置における反応ガス噴出用開口
部の配列に関する。

（従来の技術） シリコンウェハ上の所定部分に半導体層を気相成長させ
るため気相成長方法のうちの１つであるシリコン選択成
長法は、セルフ・アライン・コンタクト（ＳＡＣ）技術
やサブミクロン素子分離技術の面で注目されている。こ
のシリコン選択成長法の実施に際して使用される気相成
長装置は、従来、ランプ加熱方式あるいは高周波加熱方
式のものが用いられているが、小形化や高スループツト
化が困難であるという問題点があった。

そこで、小形化や高スループツト化を図るために、第４
図に示すような抵抗加熱方式の気相成長装置が提案され
ている。ここで、４０はベースプレート、４１は石英ベ
ルジャ、４２はＯリング、４３は反応ガス導入口、４４
はノズル、４５は反応ガス排出口、４６はベルジャ４１
の外側の上面部および側面部に配設されたヒータ（抵抗
）、４７はベルジャ４１の内側の下部に配設されたヒー
タ、４８は上記ヒータ４７のカバーであり、ベルジャ４
１内のボート台４９上にはボート５０に載せられたウェ
ハ５１が挿入され、上記ボート台４９の上方は石英カバ
ー５２により覆われている。

しかし、上記第４図の気相成長装置によりシリコン選択
成長を行うと、ノズル４４の開口から噴出する反応ガス
の流れが不均一であるので、ウェハ５１上の成長速度の
不均一性が大きくなり、実用化は困難であった。

また、抵抗加熱方式の気相成長装置でウェハを回転移動
させながらシリコン選択成長を行うものも提案されてい
るが、これは上記ウェハ上での成長速度の均一性は改善
されるが、可動部分が存在するのでパーティクルが発生
するという問題があり、やはり実用化は困難であった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、上記したように従来提案されている抵抗加熱
方式の気相成長装置は、ウェハ上の成長速度の不均一性
が大きくなる、あるいは、ウェハを回転移動させながら
シリコン選択成長を行うもの抵抗加熱方式の気相成長装
置はパーティクルが発生するという問題点を解決すべく
なされたもので、小形化や高スループツト化が可能な抵
抗加熱方式でありながら、ウェハ上の成長速度を均一化
でき、気相成長膜の膜厚の均一性が向上し、ウェハを回
転移動させるための可動部分は存在しないのでパーティ
クルが発生することもない気相成長装置を提供すること
を目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、抵抗加熱方式により半導体ウェハ上の所定部
分に半導体層を気相成長させる気相成長装置において、
それぞれ反応ガスを噴出するための複数個の開口部が配
列されて形成されており、上記開口部の開口径をｒ、開
口部配列において前記ウェハの気相成長面に垂直な方向
に添う各列における気相成長面に垂直な方向の開口部間
隔を１ｘ、１個の開口部から反応ガス噴出方向に平行な
方向への距離がほぼ１５０ｍｍの位置での反応ガス噴出
方向に垂直な市内における垂直方向の成長速度分布の標
準偏差をσｘで表すと、ｒ＜ｌｘ≦２．７σｘの関係を
満足するように設定されており、上記開口部配列におい
て上記各列間の気相成長面に・Ｖ行な成分の開口部間隔
の最大値をｔｙ。

１個の開口部から反応ガス噴出方向に平行な方向への距
離がほぼ１５０ｍｍの位置での反応ガス噴出方向に垂直
な面内における水平方向の成長速度分布の標準偏差をσ
ｙで表すと、ｒ＜ｌｙ≦２．７σｙの関係を満足するよ
うに設定されていることを特徴とする。

（作用） 上記のように、ｒ＜ｌｘ≦２．７σｘおよびｒ＜ｌｙ≦
２．７σｙの関係を満足するように設定しておくことに
よって、ウェハ上に選択成長するシリコン層の成長速度
の均一性が改善され、その膜厚の均一性は従来よりも改
善されることが確認された。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明す
る。

第１図に示す気相成長装置は、第４図を参照して前述し
た従来の気相成長装置に比べて、反応ガス噴出用開口部
の配列関係が異なり、その他は同じであるので第４図中
と同一符号を付している。

即ち、第２図に示すように、それぞれ反応ガスを噴出す
るための゛複数個の開口部２１・・・が両面に配列され
て形成されている複数個の反応ガス噴出用ノズル２２・
・・が、前記石英ベルジャ４１内のボート台４９の中央
部を貫通して上方へ突出している。

また、それぞれ反応ガスを排気するための複数個の開口
部が片面側に配列されて形成されている複数個の第１の
反応ガス排気用ノズル２３が、前記石英ベルジャ４１内
のボート台４９の一端側から突出している。

また、それぞれ反応ガスを排気するための複数個の開口
部が片面側に配列されて形成されている複数個の第２の
反応ガス排気用ノズル２４が、前記石英ベルジャ４１内
のボート台４９の他端側から突出している。

上記反応ガス噴出用ノズル２２や反応ガス排気用ノズル
２３．２４は、それぞれ石英ガラスで作られたパイプ状
のものであり、上記反応ガス噴出用ノズル２２の一方の
開口部形成面と前記第１の反応ガス排気用ノズル２３の
開口部形成面とが対向しており、上記反応ガス噴出用ノ
ズル２２の他方の開口部形成面と前記第２の反応ガス排
気用ノズル２４の開口部形成面とが対向している。

そして、上記反応ガス噴出用ノズル２２の一方の開口部
形成面と前記第１の反応ガス排気用ノズル２３の開口部
形成面との間の空間に、反応ガス流に平行となるように
シリコンウェハ２５群が例えば垂直状態に配置されてお
り、同様に、上記反応ガス噴出用ノズル２２の他方の開
口部形成面と前記第２の反応ガス排気用ノズル２４の開
口部形成向との間の空間に、反応ガス流に平行となるよ
うにシリコンウェハ２５群が例えば垂直状態に配置され
ている。

ここで、上記反応ガス噴出用ノズル２２の開口部形成面
から反応ガス噴出方向に平行な方向への距離がほぼ１５
０ｍｍの位置に各ウェハ２５の中心部が位置している。

また、上記反応ガス噴出用開口部２１・・・の開口径ｒ
は５ｍｍφ以下（例えば３ｍｍφ）であり、この開口部
配列において前記ウェハ２５の気相成長面に垂直な方向
に添う各列における気相成長面に垂直な方向の開口部間
隔をｌｘ、１個の反応ガス噴出用開口部２１から反応ガ
ス噴出方向に平行な方向への距離がほぼ１５０ｍｍの位
置での反応ガス噴出方向に垂直な市内における垂直方向
の成長速度分布の標準偏差をσｘで表すと、ｒ＜ｌｘ≦
２．７σｘの関係を満足するように設定されている。

また、上記開口部配列において上記各列間の気相成長面
に平行な成分の開口部間隔の最大値をｌｙ、１個の反応
ガス噴出用開口部２１から反応ガス噴出方向に平行な方
向への距離が１５０ｍｍの位置での反応ガス噴出方向に
垂直な面内における水平方向の成長速度分布の標準偏差
をσｙで表すと、ｒ＜ｌｙ≦２．７σｙの関係を満足す
るように設定されている。

上記したような抵抗加熱方式の気相成長装置によって試
料であるシリコンウェハ２５に選択気相成長を行う場合
、−例として、ベルジャ４１の外側の上面部および側面
部に配設されたヒータ４６およびベルジャ４１の内側の
下部に配設されたヒータ４７によってベルジャ４１の内
部（反応室）を９００℃に昇温し、圧力がＩＴｏｒｒ、
反応ガスの流量がＨ２／Ｓ　ｉＨ２／Ｃ，ｌ’２に対応
して、それぞれ１０１０．２１０．１　（）／ｍ１ｎ）
の条件で３０分間の選択気相成長を行う。この場合、試
料であるシリコンウェハ２５としては、面方位（１００
）のＰ型シリコンウェハ上にシリコン酸化膜を１μｍ形
成し、このシリコン酸化膜にフォトリソグラフィにより
開口部を形成したものを用い、この開口部にのみシリコ
ン層を選択成長させた。

ところで、１個の反応ガス噴出用開口部から反応ガス噴
出方向に平行な方向の垂直面内における成長速度分布の
標準偏差σは、同一成長条件においては反応ガス噴出用
開口部からの距離が決まれば一意的に決まることが知ら
れており、１個の反応ガス噴出用開口部から反応ガス噴
出方向に平行な方向への距離がほぼ１５０ｍｍの位置で
の反応ガス噴出方向に垂直な市内における垂直方向の成
長速度分布の標準偏差σｘ＝１０ｍｍである。

そこで、実施例では、ｒ＜ｌｘ≦２．７σｘの関係を満
足するように、例えばｌｘ−２０ｍｍ（≦２．７σｘ＝
２７ｍｍ）に設定されている。

また、１個の反応ガス噴出用開口部から反応ガス噴出方
向に平行な方向への距離が１５０ｍｍの位置での反応ガ
ス噴出方向に垂直な市内における水平方向の成長速度分
布の標準偏差σｙ−１０ｍｍであるので、実施例では、
ｒ＜ｌｙ≦２，７σｙの関係を満足するように、例えば
ｌｙ−２０ｍｍ（≦２．７σｙ−２７ｍｍ）に設定され
ている。

一方、比較例として、ｌｘ−３０ｍｍ（≧２゜７＋７Ｘ
−２７ｍｍ）　、ｌ　ｙ−３０ｍｍ　（≧２．７０ｙ＝
２７ｍｍ）に設定し、また、従来例として、ｌｘ−１０
ｍｍ（≦２．７ｃｒｘ−２７ｍｍ）、１ｙ＝３０ｍｍ（
≧２−　７ＵＹ−２７ｍｍ）に設定し、それぞれ上記実
施例と同様の条件で選択気相成長を行った。

上記したように選択成長させたシリコン層の膜厚の均一
性を測定した結果、実施例の場合には０．７μｍ±５％
、比較例の場合には０．６μｍ±３０％、従来例の場合
には０．４μｍ±１５０％であった。ここで、膜厚が異
なるのは、反応ガス噴出用開口部の数や配列関係が違う
からであり、重要なことは、膜厚の均一性であり、実施
例の場合には大幅に均一化されている。

この場合、上記実施例のように、反応ガス流にウェハ２
５表面が平行となるようにシリコンウニ１１２５群を配
置しておくことによって、膜厚の一層の均一化を達成で
きる。

また、上記実施例のように、反応ガス噴出用開口部の配
列の分布の内側（範囲内）にシリコンウェハ２５群が投
影されるようにシリコンウェハ２５を配置しておくこと
によって、膜厚のより一層の均一化を達成できる。

なお、反応ガス流にウェハ表面が平行となるようにシリ
コンウェハ群を配置したり、反応ガス噴出用開口部の配
列の分布の内側（範囲内）にシリコンウェハが投影され
るようにシリコンウェハを配置したりしない場合でも、
膜厚の均一性として１０％以内に改善されることが確認
された。

本発明では、反応ガス噴出用開口部の配列関係が重要で
あり、反応ガス噴出用のノズルが形成されているバイブ
の数や、反応ガス噴出用のノズルの形状がパイプ状であ
るか平板状であるかなどは聞届とならない。因みに、第
３図に示すような平板状のノズル３０を用いた場合でも
、反応ガス噴出用開口部の配列関係を上記実施例と同様
に設定すれば、上記結果と同じく０．７μｍ±５％の均
一性が得られることが確認された。

［発明の効果］ 上述したように本発明の気相成長装置によれば、小形化
や高スルーブツト化が可能な抵抗加熱方式でありながら
、ウェハ上の成長速度を均一化でき、気相成長膜の膜厚
の均一性が向上し、ウェハを回転移動させるための可動
部分は存在しないのでパーティクルが発生することもな
いなどの効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の気相成長装置の一実施例を概略的に示
す構成説明図、第２図は第１図中の反応ガス噴出用のノ
ズルおよび反応ガス排気用のノズルを取出して示す斜視
図、第３図は第２図の変形例を示す斜視図、第４図は従
来の気相成長装置を示す構成説明図である。 ２１・・・・・・反応ガス噴出用開口部、２２・・・・
・・反応ガス噴出用ノズル、２３．２４・・・・・・反
応ガス排気用ノズル、２５・・・・・・ウェハ　３０・
・・・・・平板状のノズル、４０・・・・・・ベースプ
レート、４１・・・・・・石英ベルジャ、４２・・・・
・・０リング、４３・・・・・・反応ガス導入口、４５
・・・・・・反応ガス排出口、４６．４７・・・・・・
ヒータ、４８・・・・・・ヒーターカバー　４９・・・
・・・ボート台、５０・・・・・・ボート、５１・・・
・・・ウェハ、５２・・・・・・石英カバー 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第 図 第３図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 抵抗加熱方式により半導体ウェハ上の所定部分に半導体
   層を気相成長させる気相成長装置において、 それぞれ反応ガスを噴出するための複数個の開口部が配
   列されて形成されており、 上記開口部の開口径をｒ、開口部配列において前記ウェ
   ハの気相成長面に垂直な方向に添う各列における気相成
   長面に垂直な方向の開口部間隔をｌｘ、１個の開口部か
   ら反応ガス噴出方向に平行な方向への距離がほぼ１５０
   ｍｍの位置での反応ガス噴出方向に垂直な面内における
   垂直方向の成長速度分布の標準偏差をσｘで表すと、ｒ
   ＜ｌｘ≦２．７σｘの関係を満足するように設定されて
   おり、 上記開口部配列において上記各列間の気相成長面に平行
   な成分の開口部間隔の最大値をｌｙ、１個の開口部から
   反応ガス噴出方向に平行な方向への距離がほぼ１５０ｍ
   ｍの位置での反応ガス噴出方向に垂直な面内における水
   平方向の成長速度分布の標準偏差をσｙで表すと、ｒ＜
   ｌｙ≦２．７σｙの関係を満足するように設定されてい
   るとを特徴とする気相成長装置。