JPH05211126A - エピタキシャル成長炉 - Google Patents
エピタキシャル成長炉Info
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- JPH05211126A JPH05211126A JP4080953A JP8095392A JPH05211126A JP H05211126 A JPH05211126 A JP H05211126A JP 4080953 A JP4080953 A JP 4080953A JP 8095392 A JP8095392 A JP 8095392A JP H05211126 A JPH05211126 A JP H05211126A
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- Japan
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- susceptor
- epitaxial growth
- wafer
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
- C30B25/12—Substrate holders or susceptors
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
- C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
- C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
- C23C16/4584—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally the substrate being rotated
Abstract
(57)【要約】
【目的】 エピタキシャル成長する際に、結晶欠陥が生
じなく、歩留の高いエピタキシャル成長がえられるエピ
タキシャル成長炉を提供する。 【構成】 中心部にガス導入管を有するベルジャと、該
ベルジャ内で、前記ガス導入管のまわりに回転自在に配
置され、表面に半導体ウェハ位置決め用ポケットが形成
されたサセプタ３と、該サセプタを加熱するヒータとか
らなり、前記位置決め用ポケット31、32がオーバラップ
して形成されることにより、半導体ウェハがサセプタの
均熱範囲内に納まるようにした。
じなく、歩留の高いエピタキシャル成長がえられるエピ
タキシャル成長炉を提供する。 【構成】 中心部にガス導入管を有するベルジャと、該
ベルジャ内で、前記ガス導入管のまわりに回転自在に配
置され、表面に半導体ウェハ位置決め用ポケットが形成
されたサセプタ３と、該サセプタを加熱するヒータとか
らなり、前記位置決め用ポケット31、32がオーバラップ
して形成されることにより、半導体ウェハがサセプタの
均熱範囲内に納まるようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エピタキシャル成長炉
に関する。さらに詳しくは、エピタキシャル成長炉に使
用されるサセプタに形成された、半導体ウェハ位置決め
用のポケットの位置を改良したエピタキシャル成長炉に
関する。
に関する。さらに詳しくは、エピタキシャル成長炉に使
用されるサセプタに形成された、半導体ウェハ位置決め
用のポケットの位置を改良したエピタキシャル成長炉に
関する。
【０００２】
【従来の技術】エピタキシャル成長は、たとえば半導体
基板であるウェハに半導体の単結晶を成長させるもの
で、その成長炉としては、縦型炉、横型炉、バレル型炉
などがあり、目的に応じて使い分けられている。
基板であるウェハに半導体の単結晶を成長させるもの
で、その成長炉としては、縦型炉、横型炉、バレル型炉
などがあり、目的に応じて使い分けられている。
【０００３】このうち縦型エピタキシャル成長炉の概略
図を図４に示す。同図において、１はベルジャで、石英
ガラスなどで作られている。該ベルジャ１の中心部に
は、ガス導入管２が配置され、水素ガスやジクロルシラ
ンなど半導体結晶を成長させるためのガスが、ガス導入
管２を経てベルジャ１内に導入される。前記ベルジャ１
の内部には、ガス導入管２のまわりに回転するように、
カーボンなどで形成されたサセプタ３が配置され、その
上面にはエピタキシャル成長させるウェハ４が載置され
ている。サセプタ３は、その下側に配置されたインダク
ションコイル５により誘導加熱され、その熱でウェハ４
を加熱昇温し、ベルジャ１内に導入されたガスを反応さ
せて、ウェハ４上にエピタキシャル成長される。ベルジ
ャ１の底面にはガス排出口６が形成され、使用済みのガ
スが排出される。
図を図４に示す。同図において、１はベルジャで、石英
ガラスなどで作られている。該ベルジャ１の中心部に
は、ガス導入管２が配置され、水素ガスやジクロルシラ
ンなど半導体結晶を成長させるためのガスが、ガス導入
管２を経てベルジャ１内に導入される。前記ベルジャ１
の内部には、ガス導入管２のまわりに回転するように、
カーボンなどで形成されたサセプタ３が配置され、その
上面にはエピタキシャル成長させるウェハ４が載置され
ている。サセプタ３は、その下側に配置されたインダク
ションコイル５により誘導加熱され、その熱でウェハ４
を加熱昇温し、ベルジャ１内に導入されたガスを反応さ
せて、ウェハ４上にエピタキシャル成長される。ベルジ
ャ１の底面にはガス排出口６が形成され、使用済みのガ
スが排出される。
【０００４】この縦型炉で使用されるサセプタ３は、た
とえば図５に平面図、図６にその断面図を示すような構
造になっている。すなわち、図５においてサセプタ３の
外周部には外側ポケット31が、内周部には内側ポケット
32が形成され、ウェハ４を載置するためのガイドとなっ
ている。サセプタ３の中心部には貫通孔33が形成され、
ガス導入管２が貫通する。この外側、内側ポケットの大
きさは使用するウェハの大きさにより異なり、４″ウェ
ハ用は約 100mmφ、５″ウェハ用は約 125mmφのものが
使用されている。
とえば図５に平面図、図６にその断面図を示すような構
造になっている。すなわち、図５においてサセプタ３の
外周部には外側ポケット31が、内周部には内側ポケット
32が形成され、ウェハ４を載置するためのガイドとなっ
ている。サセプタ３の中心部には貫通孔33が形成され、
ガス導入管２が貫通する。この外側、内側ポケットの大
きさは使用するウェハの大きさにより異なり、４″ウェ
ハ用は約 100mmφ、５″ウェハ用は約 125mmφのものが
使用されている。
【０００５】従来のこの種のエピタキシャル成長炉で
は、前述のように、サセプタ３の下側からヒータとして
のインダクションコイル５により、サセプタ３に誘導電
流を流して加熱し、その熱でウェハ４を加熱している。
サセプタ３の外周部は導入ガスの流れにさらされ易いこ
と、またサセプタ３はガス導入ノズル２を中心に回転し
ているため、サセプタ３の外周はとくにガス流を横切る
こと、などの理由により、サセプタ３の周囲の温度が下
がる傾向にある。このサセプタ３の中心から径方向の寸
法に対する温度分布を図７に示す。この外周部での温度
低下を防止するため、インダクションコイル５を外周で
はサセプタ３に近接して配置し、内部ではサセプタ３か
ら遠ざけてインダクションコイル５を配置するなどし
て、中心から６箇所の位置で温度測定を行い、サセプタ
３の全面での温度の均一化を図っている。
は、前述のように、サセプタ３の下側からヒータとして
のインダクションコイル５により、サセプタ３に誘導電
流を流して加熱し、その熱でウェハ４を加熱している。
サセプタ３の外周部は導入ガスの流れにさらされ易いこ
と、またサセプタ３はガス導入ノズル２を中心に回転し
ているため、サセプタ３の外周はとくにガス流を横切る
こと、などの理由により、サセプタ３の周囲の温度が下
がる傾向にある。このサセプタ３の中心から径方向の寸
法に対する温度分布を図７に示す。この外周部での温度
低下を防止するため、インダクションコイル５を外周で
はサセプタ３に近接して配置し、内部ではサセプタ３か
ら遠ざけてインダクションコイル５を配置するなどし
て、中心から６箇所の位置で温度測定を行い、サセプタ
３の全面での温度の均一化を図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようにし
て温度コントロールを図っても、サセプタ３の外ポケッ
ト31に配置したウェハの外周部分に転位（スリップ）が
発生し易く、ウェハ４のファセット部41を外周部に配置
するとファセット部41で結晶欠陥による不良が発生する
という問題がある。
て温度コントロールを図っても、サセプタ３の外ポケッ
ト31に配置したウェハの外周部分に転位（スリップ）が
発生し易く、ウェハ４のファセット部41を外周部に配置
するとファセット部41で結晶欠陥による不良が発生する
という問題がある。
【０００７】本発明はこのような状況に鑑み、エピタキ
シャル成長炉でエピタキシャル成長する際に、結晶欠陥
が生じにくいエピタキシャル成長が可能な成長炉を提供
することを目的とする。
シャル成長炉でエピタキシャル成長する際に、結晶欠陥
が生じにくいエピタキシャル成長が可能な成長炉を提供
することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によるエピタキシ
ャル成長炉は、ガス導入管とガス排出口を有するベルジ
ャと、該ベルジャ内で前記ガス導入管を中心として回転
自在に配置された半導体ウェハ載置用のサセプタと、該
サセプタの下側に配置され前記サセプタを加熱するヒー
タとからなるエピタキシャル成長炉であって、前記サセ
プタの上面に形成された前記半導体ウェハの位置決め用
ポケットがオーバーラップして配置されることにより、
サセプタの中心から一定半径以内にウェハが載置される
ようにして、サセプタの均熱帯部分のみを使用し、エピ
タキシャル成長時の結晶欠陥が生じないようにしたもの
である。
ャル成長炉は、ガス導入管とガス排出口を有するベルジ
ャと、該ベルジャ内で前記ガス導入管を中心として回転
自在に配置された半導体ウェハ載置用のサセプタと、該
サセプタの下側に配置され前記サセプタを加熱するヒー
タとからなるエピタキシャル成長炉であって、前記サセ
プタの上面に形成された前記半導体ウェハの位置決め用
ポケットがオーバーラップして配置されることにより、
サセプタの中心から一定半径以内にウェハが載置される
ようにして、サセプタの均熱帯部分のみを使用し、エピ
タキシャル成長時の結晶欠陥が生じないようにしたもの
である。
【０００９】
【作用】前述の転位（スリップ）とは、エピタキシャル
成長時に発生する結晶欠陥の一つで、ウェハ４内に何ら
かの応力が存在し、それがある臨界値（臨界せん断応
力）を超えたばあいに発生する。今問題になっている転
位は、ウェハ４内の温度不均一による熱応力が発生し、
ウェハ４内に歪みが生じ、これが原因で発生すると考え
られる。
成長時に発生する結晶欠陥の一つで、ウェハ４内に何ら
かの応力が存在し、それがある臨界値（臨界せん断応
力）を超えたばあいに発生する。今問題になっている転
位は、ウェハ４内の温度不均一による熱応力が発生し、
ウェハ４内に歪みが生じ、これが原因で発生すると考え
られる。
【００１０】従来、温度センサで温度を検知しながら、
温度の低い部分の加熱を強めて、温度の均一化を図れば
よいと考えられていたが、この温度の上げ下げが繰り返
されるということは、僅かの温度差でも、エピタキシャ
ル成長中にその部分のウェハ４の温度が激しく変わるこ
とになる。本発明者は、このようにエピタキシャル成長
の際にウェハ４の温度が激しく変化すると、転位が発生
しやすい、ということを見出した。
温度の低い部分の加熱を強めて、温度の均一化を図れば
よいと考えられていたが、この温度の上げ下げが繰り返
されるということは、僅かの温度差でも、エピタキシャ
ル成長中にその部分のウェハ４の温度が激しく変わるこ
とになる。本発明者は、このようにエピタキシャル成長
の際にウェハ４の温度が激しく変化すると、転位が発生
しやすい、ということを見出した。
【００１１】この観点による本発明によれば、エピタキ
シャル成長する際に、ウェハを載置するサセプタにおい
て、ウェハの載置場所を定めるポケットを、サセプタの
外周部にはこない構造としたため、サセプタの周囲で温
度が下がり易く、温度の不均一となり易い場所にはウェ
ハが存在しない状態となる。その結果、ウェハはすべて
サセプタの均熱帯の範囲に存在し、ウェハのどの位置で
も結晶欠陥が生じないで、歩留よくエピタキシャル成長
をすることができる。
シャル成長する際に、ウェハを載置するサセプタにおい
て、ウェハの載置場所を定めるポケットを、サセプタの
外周部にはこない構造としたため、サセプタの周囲で温
度が下がり易く、温度の不均一となり易い場所にはウェ
ハが存在しない状態となる。その結果、ウェハはすべて
サセプタの均熱帯の範囲に存在し、ウェハのどの位置で
も結晶欠陥が生じないで、歩留よくエピタキシャル成長
をすることができる。
【００１２】また、従来のサセプタの大きさのままで、
サセプタに形成したウェハ載置用の内ポケットおよび外
ポケットをオーバラップさせて内側へよせているため、
エピタキシャル成長炉のサセプタとヒータの位置関係な
ど、サセプタ以外はすべて従来と同じ状態で、かつ均熱
帯にウェハを載置でき、歩留よくエピタキシャル成長を
することができる。
サセプタに形成したウェハ載置用の内ポケットおよび外
ポケットをオーバラップさせて内側へよせているため、
エピタキシャル成長炉のサセプタとヒータの位置関係な
ど、サセプタ以外はすべて従来と同じ状態で、かつ均熱
帯にウェハを載置でき、歩留よくエピタキシャル成長を
することができる。
【００１３】
【実施例】つぎに、図面を参照しながら本発明について
説明する。前述の図７に示した、サセプタ３の径方向に
対する温度分布を種々調べた結果、図７のＸで示した端
部からの寸法が23mm位までは温度の下がり易い部分で、
中心部の直径Ｙはガス導入管２の影響で使用できない範
囲であり、結局Ｙを除いたＺの範囲にポケットを形成す
る必要があることがわかった。本発明によるエピタキシ
ャル成長炉は、このポケットの形成位置を改良したもの
で、他の構成は図４の構成と同じであるので、サセプタ
の構造について、以下に詳述する。
説明する。前述の図７に示した、サセプタ３の径方向に
対する温度分布を種々調べた結果、図７のＸで示した端
部からの寸法が23mm位までは温度の下がり易い部分で、
中心部の直径Ｙはガス導入管２の影響で使用できない範
囲であり、結局Ｙを除いたＺの範囲にポケットを形成す
る必要があることがわかった。本発明によるエピタキシ
ャル成長炉は、このポケットの形成位置を改良したもの
で、他の構成は図４の構成と同じであるので、サセプタ
の構造について、以下に詳述する。
【００１４】図１は本発明の最も好適な第一の実施例で
あるサセプタの平面説明図で、図２はその部分拡大図で
ある。このサセプタ３は５″ウェハのエピタキシャル成
長に使用するサセプタで、カーボンで形成され、誘導加
熱され易くしている。このサセプタ３の直径Ａは 600mm
φで、外ポケット31および内ポケット32は各々の１個の
直径Ｂが127 mmφの凹み形に形成されている。外ポケッ
ト31は８個形成され、それぞれの中心はサセプタ３の中
心を同心とする直径Ｃが427.08mmφの同一円周上にあ
る。内ポケット32は４個形成され、やはりそれぞれの中
心はサセプタ３の中心を同心とする直径Ｄが 224.8mmφ
の同一円周上にある。貫通孔33の直径は82.6mmφであ
る。外ポケット31と内ポケット32とのオーバーラップ部
分の弦の長さ（図２のＥ）は22.1mmで、半径方向のダブ
リ寸法は約0.95mm位になる。また、外ポケット31同士の
オーバラップ部分の弦の長さ（図２のＦ）は10mmで、同
様に半径方向のダブリ寸法は約0.2mm となるが、外ポケ
ット31および内ポケット32の各々に現われる２か所のダ
ブリ部分は、それぞれポケットの中心から96°および10
3 °の方向（図１のθ1 およびθ2 ）になり、両方のダ
ブリ部分が和として影響するわけではない。一方、ポケ
ットの穴径Ｂ＝127 mmφに対し、５″ウェハの直径Ｇは
通常 125mmφで、２mmの余裕があり、前述のダブリによ
りポケットの円径が約１mm小さくなってもポケットの反
対側に寄せることによりウェハを各ポケットに載置する
ことができる。
あるサセプタの平面説明図で、図２はその部分拡大図で
ある。このサセプタ３は５″ウェハのエピタキシャル成
長に使用するサセプタで、カーボンで形成され、誘導加
熱され易くしている。このサセプタ３の直径Ａは 600mm
φで、外ポケット31および内ポケット32は各々の１個の
直径Ｂが127 mmφの凹み形に形成されている。外ポケッ
ト31は８個形成され、それぞれの中心はサセプタ３の中
心を同心とする直径Ｃが427.08mmφの同一円周上にあ
る。内ポケット32は４個形成され、やはりそれぞれの中
心はサセプタ３の中心を同心とする直径Ｄが 224.8mmφ
の同一円周上にある。貫通孔33の直径は82.6mmφであ
る。外ポケット31と内ポケット32とのオーバーラップ部
分の弦の長さ（図２のＥ）は22.1mmで、半径方向のダブ
リ寸法は約0.95mm位になる。また、外ポケット31同士の
オーバラップ部分の弦の長さ（図２のＦ）は10mmで、同
様に半径方向のダブリ寸法は約0.2mm となるが、外ポケ
ット31および内ポケット32の各々に現われる２か所のダ
ブリ部分は、それぞれポケットの中心から96°および10
3 °の方向（図１のθ1 およびθ2 ）になり、両方のダ
ブリ部分が和として影響するわけではない。一方、ポケ
ットの穴径Ｂ＝127 mmφに対し、５″ウェハの直径Ｇは
通常 125mmφで、２mmの余裕があり、前述のダブリによ
りポケットの円径が約１mm小さくなってもポケットの反
対側に寄せることによりウェハを各ポケットに載置する
ことができる。
【００１５】この外ポケット31の中心が存在する同心円
の直径Ｃは、前述の如く427.08mmφであり、ポケットの
直径Ｂは127mm φであるため、外ポケット31の最外周の
位置は554.08mmφとなり、外ポケット31の最外周からサ
セプタ３の外周までの距離（図１のＨ）は（600 −554.
08）／２＝22.96mm となる。因みに従来のサセプタで
は、このＨが11.7mmであった。このポケットの外周から
サセプタの外周端までの距離Ｈが22.96mm ということ
は、前述の図７に示したサセプタの径方向に対する温度
分布（Ｘが約23mm）からもわかるように、丁度均熱帯に
はいる位置となる。このばあい、この均熱帯のぎりぎり
の位置では結晶欠陥の発生が起る可能性があるため、ウ
ェハ４のファセット部41をこの外周部に配置すると一層
効果的である。
の直径Ｃは、前述の如く427.08mmφであり、ポケットの
直径Ｂは127mm φであるため、外ポケット31の最外周の
位置は554.08mmφとなり、外ポケット31の最外周からサ
セプタ３の外周までの距離（図１のＨ）は（600 −554.
08）／２＝22.96mm となる。因みに従来のサセプタで
は、このＨが11.7mmであった。このポケットの外周から
サセプタの外周端までの距離Ｈが22.96mm ということ
は、前述の図７に示したサセプタの径方向に対する温度
分布（Ｘが約23mm）からもわかるように、丁度均熱帯に
はいる位置となる。このばあい、この均熱帯のぎりぎり
の位置では結晶欠陥の発生が起る可能性があるため、ウ
ェハ４のファセット部41をこの外周部に配置すると一層
効果的である。
【００１６】一方、サセプタ３の中心部には、前述のご
とくガス導入管２が貫通しているため、内ポケット32を
無制限に中心部に近づけることはできない。図７の温度
分布図からわかるように、中心部では熱容量を考慮して
加熱していることにより、比較的均熱範囲に入ってはい
るが、ガス導入管２の内部はガスが流通しており、温度
が下がり易いため、ガス導入管２に近いところでは温度
が不均一になり易い。そのため余り近づけないようにす
る必要がある。内ポケット32の一番内側の点と貫通孔33
との距離Ｉは５mm以上、好ましくは6.5mm 以上となるよ
うに間隔をあける必要がある。前記実施例では、このＩ
を7.6mm としている。このばあいもウェハ４のファセッ
ト部41を内側の温度変化の起り易い方に向けて配置する
と効果的であることはいうまでもない。
とくガス導入管２が貫通しているため、内ポケット32を
無制限に中心部に近づけることはできない。図７の温度
分布図からわかるように、中心部では熱容量を考慮して
加熱していることにより、比較的均熱範囲に入ってはい
るが、ガス導入管２の内部はガスが流通しており、温度
が下がり易いため、ガス導入管２に近いところでは温度
が不均一になり易い。そのため余り近づけないようにす
る必要がある。内ポケット32の一番内側の点と貫通孔33
との距離Ｉは５mm以上、好ましくは6.5mm 以上となるよ
うに間隔をあける必要がある。前記実施例では、このＩ
を7.6mm としている。このばあいもウェハ４のファセッ
ト部41を内側の温度変化の起り易い方に向けて配置する
と効果的であることはいうまでもない。
【００１７】また図１の実施例では図示していないが、
外ポケット31同士の間隔の広い部分には、その間隔に配
置できる大きさの径のダミーポケットを設けることもで
きる。
外ポケット31同士の間隔の広い部分には、その間隔に配
置できる大きさの径のダミーポケットを設けることもで
きる。
【００１８】以上説明したように、本実施例は従来より
使用されている縦型エピタキシャル成長炉をそのまま使
用して、エピタキシャル成長の歩留を向上させている。
すなわち、サセプタに設けられたウェハ載置用のポケッ
トを中心部に集約し、オーバラップさせて配置し、ポケ
ットの最外端からサセプタの最外周までの距離Ｈを22.9
6mm に設定したものである。この寸法22.96mm は、図７
の径方向に対する温度分布で種々調べた結果、± 0.7°
が許容範囲と考えれば、20mm以上設ければ歩留向上に寄
与すると考えられる寸法に適合している。このことは外
周部で温度の下がり易い原因が、外周部でガスの流通が
行なわれること、およびサセプタの回転により外周部が
ガス流を横切ることにあるため、ウェハの径の大きさに
伴なうサセプタの径の大小にかかわらず、外周部より前
記20mm以上の範囲をさけるように設計すればよいことが
わかる。従って、６″ウェハなど大型のウェハ用エピタ
キシャル炉を設計するばあいにも、この考えを適用する
ことによりエピタキシャル成長の歩留低下を防止でき
る。
使用されている縦型エピタキシャル成長炉をそのまま使
用して、エピタキシャル成長の歩留を向上させている。
すなわち、サセプタに設けられたウェハ載置用のポケッ
トを中心部に集約し、オーバラップさせて配置し、ポケ
ットの最外端からサセプタの最外周までの距離Ｈを22.9
6mm に設定したものである。この寸法22.96mm は、図７
の径方向に対する温度分布で種々調べた結果、± 0.7°
が許容範囲と考えれば、20mm以上設ければ歩留向上に寄
与すると考えられる寸法に適合している。このことは外
周部で温度の下がり易い原因が、外周部でガスの流通が
行なわれること、およびサセプタの回転により外周部が
ガス流を横切ることにあるため、ウェハの径の大きさに
伴なうサセプタの径の大小にかかわらず、外周部より前
記20mm以上の範囲をさけるように設計すればよいことが
わかる。従って、６″ウェハなど大型のウェハ用エピタ
キシャル炉を設計するばあいにも、この考えを適用する
ことによりエピタキシャル成長の歩留低下を防止でき
る。
【００１９】つぎに、このエピタキシャル成長炉を使用
して、シリコンウェハにシリコン結晶をエピタキシャル
成長する方法について説明する。図３にエピタキシャル
成長のプログラム図を、縦軸に輝度温度、横軸に工程の
ステップをとって示してある。
して、シリコンウェハにシリコン結晶をエピタキシャル
成長する方法について説明する。図３にエピタキシャル
成長のプログラム図を、縦軸に輝度温度、横軸に工程の
ステップをとって示してある。
【００２０】まず、サセプタ３の上にウェハ４を載置
し、エピタキシャル成長炉の中に配置し、内部をキャリ
ヤガスである水素ガスで置換し、ヒータであるインダク
ションコイルに高周波電流を流し、サセプタに生じる渦
電流により昇温し、サセプタ上部での温度を880 ℃（輝
度温度、以下同じ）にする（図３のａ）。炉内のサセプ
タを取り換えられれば、新しいウェハを載置したサセプ
タと取り換えてこの状態をスタートすることもできる。
し、エピタキシャル成長炉の中に配置し、内部をキャリ
ヤガスである水素ガスで置換し、ヒータであるインダク
ションコイルに高周波電流を流し、サセプタに生じる渦
電流により昇温し、サセプタ上部での温度を880 ℃（輝
度温度、以下同じ）にする（図３のａ）。炉内のサセプ
タを取り換えられれば、新しいウェハを載置したサセプ
タと取り換えてこの状態をスタートすることもできる。
【００２１】つぎに、サセプタ３を7.5rpmで回転させな
がら、インダクションコイル５の電流を増やして昇温
し、ウェハ４の位置の温度を1120℃にする（図３の
ｂ）。この状態で塩化水素ガスを水素ガスに混入して約
３分程炉内に導入し、ウェハ４の表面を洗浄する。その
のち、塩化水素ガスを止めて、さらに１分間位1120℃に
保持し、後処理をする。
がら、インダクションコイル５の電流を増やして昇温
し、ウェハ４の位置の温度を1120℃にする（図３の
ｂ）。この状態で塩化水素ガスを水素ガスに混入して約
３分程炉内に導入し、ウェハ４の表面を洗浄する。その
のち、塩化水素ガスを止めて、さらに１分間位1120℃に
保持し、後処理をする。
【００２２】そののち、温度を下げて1055℃にし（図３
のｃ）、その温度を保持する。1055℃になってから約３
分経過後、前述の水素ガスにジクロルシラン（ＳｉＨ2
Ｃｌ2 ）ガスおよびホスフィン（ＰＨ3 ）を水素95.5
％、ジクロルシラン3.5 ％、ホスフィン１％の割合で混
合して炉内に導入し、化学反応させることにより、ウェ
ハ４表面上に、結晶軸に沿ってシリコン結晶が成長す
る。このシリコン結晶の成長は、ほぼ反応時間に比例
し、この条件では0.55μｍ／分の割合で成長するため、
必要な厚さに応じた時間続ければよい。なお、1055℃に
したのは反応をできるだけ遅くするため設定されたもの
で、ジクロルシランを使用したときの最適成長温度は10
50〜1150℃で、この範囲でもっと高温にすれば成長速度
は速くなる。
のｃ）、その温度を保持する。1055℃になってから約３
分経過後、前述の水素ガスにジクロルシラン（ＳｉＨ2
Ｃｌ2 ）ガスおよびホスフィン（ＰＨ3 ）を水素95.5
％、ジクロルシラン3.5 ％、ホスフィン１％の割合で混
合して炉内に導入し、化学反応させることにより、ウェ
ハ４表面上に、結晶軸に沿ってシリコン結晶が成長す
る。このシリコン結晶の成長は、ほぼ反応時間に比例
し、この条件では0.55μｍ／分の割合で成長するため、
必要な厚さに応じた時間続ければよい。なお、1055℃に
したのは反応をできるだけ遅くするため設定されたもの
で、ジクロルシランを使用したときの最適成長温度は10
50〜1150℃で、この範囲でもっと高温にすれば成長速度
は速くなる。
【００２３】このエピタキシャル成長の際、混入したホ
スフィンは、半導体の導電率を大きくするための不純物
で、リンの不純物が混入されることにより、ｎ形の半導
体結晶が成長される。このホスフィンの混合比率を増減
させることにより、不純物濃度を自在に調整でき、また
ホスフィン以外にも、アルシン（ＡｓＨ3 ）などを使用
することもできる。さらに、ｐ形不純物層を形成するば
あいには、導入ガスとしてホスフィンの代りに、ジボラ
ン（Ｂ2 Ｈ6 ）などを混入すれば、ｐ形のシリコン結晶
層を成長できる。さらに、シリコンを成長するためのガ
スとして、前述の例ではジクロルシランを用いる例で説
明したが、それ以外にテトラクロルシラン（ＳｉＣ
ｌ4 ）、トリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ3 ）、モノシラ
ン（ＳｉＨ4）を使用することもでき、これらのガスを
使用したばあい、成長時の温度はそれぞれテトラクロル
シランのばあいは1150〜1200℃、トリクロルシランのば
あいは1100〜1150℃、モノシランのばあいは1000〜1100
℃の範囲が最適であり、使用ガスに応じて成長時の炉内
温度も調整する。
スフィンは、半導体の導電率を大きくするための不純物
で、リンの不純物が混入されることにより、ｎ形の半導
体結晶が成長される。このホスフィンの混合比率を増減
させることにより、不純物濃度を自在に調整でき、また
ホスフィン以外にも、アルシン（ＡｓＨ3 ）などを使用
することもできる。さらに、ｐ形不純物層を形成するば
あいには、導入ガスとしてホスフィンの代りに、ジボラ
ン（Ｂ2 Ｈ6 ）などを混入すれば、ｐ形のシリコン結晶
層を成長できる。さらに、シリコンを成長するためのガ
スとして、前述の例ではジクロルシランを用いる例で説
明したが、それ以外にテトラクロルシラン（ＳｉＣ
ｌ4 ）、トリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ3 ）、モノシラ
ン（ＳｉＨ4）を使用することもでき、これらのガスを
使用したばあい、成長時の温度はそれぞれテトラクロル
シランのばあいは1150〜1200℃、トリクロルシランのば
あいは1100〜1150℃、モノシランのばあいは1000〜1100
℃の範囲が最適であり、使用ガスに応じて成長時の炉内
温度も調整する。
【００２４】所望厚さのエピタキシャル成長層を形成し
たのち、２分程1055℃に保持してから、温度を880 ℃ま
で下げる（図３のｄ）。これでシリコンのエピタキシャ
ル成長が完了し、サセプタ３とともにウェハ４を取り出
すことにより、エピタキシャル成長されたウェハ４がえ
られる。
たのち、２分程1055℃に保持してから、温度を880 ℃ま
で下げる（図３のｄ）。これでシリコンのエピタキシャ
ル成長が完了し、サセプタ３とともにウェハ４を取り出
すことにより、エピタキシャル成長されたウェハ４がえ
られる。
【００２５】前述の寸法で形成したサセプタに５″ウェ
ハを12枚載置し、前述の方法で説明した条件により、各
品種についてのエピタキシャル成長を行なった。品種に
よって成長厚さは異なるが、4.8 〜15.0μｍの厚さで形
成し、半導体の回路を形成したチップにして特性検査を
し、歩留を求め、従来のサセプタを使用して同じように
特性検査をしたときの歩留とを比較して表１にまとめ
た。
ハを12枚載置し、前述の方法で説明した条件により、各
品種についてのエピタキシャル成長を行なった。品種に
よって成長厚さは異なるが、4.8 〜15.0μｍの厚さで形
成し、半導体の回路を形成したチップにして特性検査を
し、歩留を求め、従来のサセプタを使用して同じように
特性検査をしたときの歩留とを比較して表１にまとめ
た。
【００２６】
【表１】
【００２７】半導体チップとしての特性検査で歩留を算
出しているため、不良が必ずしもエピタキシャル成長時
の結晶欠陥が原因とはいえないが、同じ時期に同じ条件
で従来のサセプタと本発明によるサセプタを使用したば
あいとを比較した。その結果、ロット数を考慮した加重
平均では、歩留が81.53 ％から85.63 ％に向上してお
り、単純平均では79.92 ％から87.74 ％と向上してお
り、明らかに歩留の向上が窺える。ここで、各品種につ
いてのロット数が均一でなく、たとえば品種No.2では、
従来のサセプタでも歩留が89.32 ％と高く、ロット数が
26と大きいのに対し、同じ品種で本発明によるサセプタ
を使用したものはロット数が４と小さいため、必ずしも
加重平均がサセプタの改良による歩留向上を正確に表わ
しているとはいえず、むしろ単純平均の方がサセプタの
改良による歩留向上を正確に表わしていると考えられ
る。なぜなら、この歩留は前述のごとく、チップの電気
特性の検査結果で評価しているため、回路の複雑さなど
品種に起因する歩留の違いがあるからである。この単純
平均で比較すると、従来の79.92 ％が87.74 ％と7.82％
歩留が向上しており、半導体の単価にして約8.57％のコ
ストダウンに相当し、顕著な経済的効果を奏する。
出しているため、不良が必ずしもエピタキシャル成長時
の結晶欠陥が原因とはいえないが、同じ時期に同じ条件
で従来のサセプタと本発明によるサセプタを使用したば
あいとを比較した。その結果、ロット数を考慮した加重
平均では、歩留が81.53 ％から85.63 ％に向上してお
り、単純平均では79.92 ％から87.74 ％と向上してお
り、明らかに歩留の向上が窺える。ここで、各品種につ
いてのロット数が均一でなく、たとえば品種No.2では、
従来のサセプタでも歩留が89.32 ％と高く、ロット数が
26と大きいのに対し、同じ品種で本発明によるサセプタ
を使用したものはロット数が４と小さいため、必ずしも
加重平均がサセプタの改良による歩留向上を正確に表わ
しているとはいえず、むしろ単純平均の方がサセプタの
改良による歩留向上を正確に表わしていると考えられ
る。なぜなら、この歩留は前述のごとく、チップの電気
特性の検査結果で評価しているため、回路の複雑さなど
品種に起因する歩留の違いがあるからである。この単純
平均で比較すると、従来の79.92 ％が87.74 ％と7.82％
歩留が向上しており、半導体の単価にして約8.57％のコ
ストダウンに相当し、顕著な経済的効果を奏する。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、従来使用されているエ
ピタキシャル成長炉のサセプタのポケット位置を変更す
るだけで、他の条件を何ら変更することなくエピタキシ
ャル成長時の結晶欠陥を防止でき、半導体製品の歩留を
大幅に向上することができ、半導体製品ひいては電子機
器製品のコストダウンに大いに寄与する効果がある。
ピタキシャル成長炉のサセプタのポケット位置を変更す
るだけで、他の条件を何ら変更することなくエピタキシ
ャル成長時の結晶欠陥を防止でき、半導体製品の歩留を
大幅に向上することができ、半導体製品ひいては電子機
器製品のコストダウンに大いに寄与する効果がある。
【００２９】また、本発明は従来のエピタキシャル成長
炉のサセプタを変更するだけでなく、新たなエピタキシ
ャル成長炉を設計するばあいにも、同様に適用すること
ができ、波及効果は極めて顕著である。
炉のサセプタを変更するだけでなく、新たなエピタキシ
ャル成長炉を設計するばあいにも、同様に適用すること
ができ、波及効果は極めて顕著である。
【図１】本発明の一実施例であるエピタキシャル成長炉
に使用されるサセプタのポケットの位置を示す平面図で
ある。
に使用されるサセプタのポケットの位置を示す平面図で
ある。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】エピタキシャル成長炉により、エピタキシャル
成長させる一例のプログラムである。
成長させる一例のプログラムである。
【図４】縦型エピタキシャル成長炉の概略を示す説明図
である。
である。
【図５】従来のサセプタのポケットの位置を示す平面図
である。
である。
【図６】図５の断面を示す図である。
【図７】エピタキシャル成長炉のサセプタの上部での中
心から径方向に対する温度分布である。
心から径方向に対する温度分布である。
１ ベルジャ ２ ガス導入管 ３ サセプタ ４ 半導体ウェハ ５ ヒータ 31 外ポケット 32 内ポケット
フロントページの続き (72)発明者 城▲がき▼ 克弥 アメリカ合衆国、94086 カリフォルニア 州、サニベール、エスカロン アブニュー 1000、ナンバー 2022
Claims (2)
- 【請求項１】 中心部にガス導入管を有するベルジャ
と、該ベルジャ内で前記ガス導入管のまわりに回転自在
に配置された半導体ウェハ載置用のサセプタと、該サセ
プタの下側に配置され前記サセプタを加熱するヒータと
からなるエピタキシャル成長炉であって、前記サセプタ
の上面に形成された前記半導体ウェハの位置決め用ポケ
ットがオーバラップして形成されてなるエピタキシャル
成長炉。 - 【請求項２】 前記サセプタの上面に形成された前記半
導体ウェハの位置決め用ポケットの前記サセプタの中心
からの最遠点と前記サセプタの外周端との距離が20mm以
上となるように前記ポケットが配置されてなる請求項１
記載のエピタキシャル成長炉。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US802,663 | 1991-12-05 | ||
| US07/802,663 US5152842A (en) | 1991-12-05 | 1991-12-05 | Reactor for epitaxial growth |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05211126A true JPH05211126A (ja) | 1993-08-20 |
Family
ID=25184361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4080953A Pending JPH05211126A (ja) | 1991-12-05 | 1992-04-02 | エピタキシャル成長炉 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5152842A (ja) |
| JP (1) | JPH05211126A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100898534B1 (ko) * | 2006-08-31 | 2009-05-20 | 가부시키가이샤 사무코 | 접합 웨이퍼 및 접합 웨이퍼의 제조 방법 |
| WO2015114896A1 (ja) * | 2014-01-28 | 2015-08-06 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜装置およびそれに用いる基板ホルダー |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5444217A (en) * | 1993-01-21 | 1995-08-22 | Moore Epitaxial Inc. | Rapid thermal processing apparatus for processing semiconductor wafers |
| JPH0878347A (ja) * | 1994-09-06 | 1996-03-22 | Komatsu Electron Metals Co Ltd | エピタキシャル成長装置のサセプタ |
| US5679159A (en) * | 1995-06-07 | 1997-10-21 | Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation | Spinning substrate holder for cutting tool inserts for improved arc-jet diamond deposition |
| JPH0936049A (ja) * | 1995-07-21 | 1997-02-07 | Mitsubishi Electric Corp | 気相成長装置およびこれによって製造された化合物半導体装置 |
| US6001183A (en) * | 1996-06-10 | 1999-12-14 | Emcore Corporation | Wafer carriers for epitaxial growth processes |
| US6738683B1 (en) * | 2000-09-05 | 2004-05-18 | Cxe Equipment Services, Llc | Apparatus and method for cleaning a bell jar in a barrel epitaxial reactor |
| TWM392431U (en) * | 2010-02-04 | 2010-11-11 | Epistar Corp | Systems for epitaxial growth |
| CN105755450B (zh) * | 2010-12-30 | 2019-03-15 | 维易科仪器公司 | 使用承载器扩展的晶圆加工 |
| US9388493B2 (en) | 2013-01-08 | 2016-07-12 | Veeco Instruments Inc. | Self-cleaning shutter for CVD reactor |
| TWI650832B (zh) | 2013-12-26 | 2019-02-11 | 維克儀器公司 | 用於化學氣相沉積系統之具有隔熱蓋的晶圓載具 |
| USD793972S1 (en) | 2015-03-27 | 2017-08-08 | Veeco Instruments Inc. | Wafer carrier with a 31-pocket configuration |
| USD793971S1 (en) | 2015-03-27 | 2017-08-08 | Veeco Instruments Inc. | Wafer carrier with a 14-pocket configuration |
| USD778247S1 (en) | 2015-04-16 | 2017-02-07 | Veeco Instruments Inc. | Wafer carrier with a multi-pocket configuration |
| USD860146S1 (en) | 2017-11-30 | 2019-09-17 | Veeco Instruments Inc. | Wafer carrier with a 33-pocket configuration |
| USD860147S1 (en) | 2018-03-26 | 2019-09-17 | Veeco Instruments Inc. | Chemical vapor deposition wafer carrier with thermal cover |
| USD863239S1 (en) | 2018-03-26 | 2019-10-15 | Veeco Instruments Inc. | Chemical vapor deposition wafer carrier with thermal cover |
| USD866491S1 (en) | 2018-03-26 | 2019-11-12 | Veeco Instruments Inc. | Chemical vapor deposition wafer carrier with thermal cover |
| USD858469S1 (en) | 2018-03-26 | 2019-09-03 | Veeco Instruments Inc. | Chemical vapor deposition wafer carrier with thermal cover |
| USD854506S1 (en) | 2018-03-26 | 2019-07-23 | Veeco Instruments Inc. | Chemical vapor deposition wafer carrier with thermal cover |
| CN109440063B (zh) * | 2018-09-12 | 2021-01-12 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种氮化镓基发光二极管外延片的生长方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3721210A (en) * | 1971-04-19 | 1973-03-20 | Texas Instruments Inc | Low volume deposition reactor |
| US3783822A (en) * | 1972-05-10 | 1974-01-08 | J Wollam | Apparatus for use in deposition of films from a vapor phase |
| US3845738A (en) * | 1973-09-12 | 1974-11-05 | Rca Corp | Vapor deposition apparatus with pyrolytic graphite heat shield |
-
1991
- 1991-12-05 US US07/802,663 patent/US5152842A/en not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-04-02 JP JP4080953A patent/JPH05211126A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100898534B1 (ko) * | 2006-08-31 | 2009-05-20 | 가부시키가이샤 사무코 | 접합 웨이퍼 및 접합 웨이퍼의 제조 방법 |
| WO2015114896A1 (ja) * | 2014-01-28 | 2015-08-06 | 東京エレクトロン株式会社 | 成膜装置およびそれに用いる基板ホルダー |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5152842A (en) | 1992-10-06 |
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