JPH0545054B2 - - Google Patents

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JPH0545054B2
JPH0545054B2 JP61015496A JP1549686A JPH0545054B2 JP H0545054 B2 JPH0545054 B2 JP H0545054B2 JP 61015496 A JP61015496 A JP 61015496A JP 1549686 A JP1549686 A JP 1549686A JP H0545054 B2 JPH0545054 B2 JP H0545054B2
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JP
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wafer
gas
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phase growth
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Hironori Inoe
Takaya Suzuki
Ryokichi Takahashi
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Hitachi Ltd
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【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体ウエハ面に気相成長層を形成す
る装置に係り、特に気相成長層をウエハ面上に均
一に形成するための半導体気相成長装置に関す
る。
〔発明の背景〕
半導体製造プロセスにおいては、半導体ウエハ
上に、気相化学反応を利用してSiO2膜、ナイト
ライド膜(Si3N4)、多結晶シリコン膜、単結晶
シリコン膜などを形成するCVD
(ChemicalVaporDeposition)技術が広く適用さ
れている。このうち、単結晶シリコン膜のCVD
は、特にエピタキシヤル成長と呼ばれている。
近年、プロセスコストの低減や製品歩留りの向
上を目的とした半導体ウエハの大径化が進めら
れ、現在では12.7〜15.2cm(5〜6インチ)径の
ウエハが主流となりつつある。
一方、プロセスコストの低減のため、各種装置
に一時に装填できるウエハ枚数(すなわち、バツ
チ処理ごとのチヤージ枚数)の増大も進められて
いる。
CVD装置においても、ウエハの大径化や大量
処理化が進められているが、一方、デバイスの高
密度化や高速化に伴い、形成する薄膜の高精度な
均一化も合せて要求されている。
これらの要求に応えるものとして、第1図に示
すようなCVD装置が提案されている(例えば、
特願昭60−30459、特願昭60−40912など)。この
装置の構造および動作については後述するが、そ
の特徴は、 (1) 大口径ウエハ1を、ウエハホルダ2によつて
水平に多段積層状態でチヤージし、 (2) 大量チヤージとホルダ2によるウエハ回転を
可能とし、 (3) 回転しているウエハそれぞれの表面に、ガス
供給ノズル6を用いて原料ガスを供給すること
で、大量チヤージウエハ全てに均一なCVD膜
を形成できることである。
しかしながら、薄膜のより高精度な均一性要求
に対しては、第1図に示すように、ウエハ中心を
回転中心として自転するウエハ1にガス供給ノズ
ル6を用いて原料を供給する場合、大口径ウエハ
の面内膜厚分布の十分な均一性を得難い欠点があ
る。
これについて、本発明者らが種々実験的解析を
行なつた結果、従来の装置では、回転中心となる
ウエハ中心に向けて原料ガスが噴射されるため
に、この部分には常に原料ガスが供給されるのに
対し、ウエハの他の部分(周辺部分)は回転して
いることから間欠的なガス供給を受けるためであ
ることが分つた。
第2図はこの状態を模式的に示すもので、供給
ノズル6から噴射された原料ガスの流線6Aはウ
エハ1の中心ICの近傍を直線状に通り、その後
ウエハの回転方向(矢印R)にそつて流されてい
ることが分る。
従来装置では、このようなガス供給が行なわれ
るために、ウエハ1の面内膜厚分布はウエハ中心
ほど厚い凸形状となる訳である。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、大口径ウエハに対しても均一
な薄膜の形成が可能な、CVD方法による気相成
長装置を提供するにある。
〔発明の概要〕
本発明の特徴とするところは、自転するウエハ
にノズルを用いて原料ガスも供給する場合の原料
ガス噴射方向を、ウエハの回転中心からずらせ
て、ウエハの回転方向に対して逆向きとなる方向
(回転方向に上流側に向う方向)に設定した点に
ある。
本発明者等は、CVD炉内のガス流を可視化し
て観察することにより、本発明に到達した。
第2図bは、供給ガス流量を少なくし、同図a
の場合と同様に回転中心方向に供給した場合であ
る。ガスの粘性によりウエハ1との連れ回り現象
が起り、ウエハ1の中心部へのガス供給は、同図
aの従来の場合とは逆に減少する。
この場合の膜厚分布は凹形状となる。また、ガ
ス流の速度が遅い(供給ガス流量が極端に少な
い)場合は全くウエハ面内に供給されない場合も
生じる。
第2図cは、ウエハ1の回転方向Rに逆らう方
向一換言すれば、ウエハ回転の上流側に向けて、
原料ガスを供給した場合である。この場合、“供
給された原料ガスの流れ”と“ウエハの回転によ
つて生じるガスの流れ”とがウエハ表面で衝突す
るため、ガス流はウエハ1の半径方向でほゞ均一
に拡がつていることが分る。そして明らかなよう
に、ウエハが自転していることから、ウエハの直
径方向で均一な成長層が形成されることが期待で
きる。
本発明は、以上のような実験と考察に基づいて
なされたものである。
〔発明の実施例〕
以下本発明をSiのエピタキシヤル成長を例とし
て、第1図、第3図に従つて詳細に説明する。
15.2cm(6インチ)径の大口径ウエハ1を、第
1図に示すように、ホルダ2に、相互に隔離した
積層状態で多段にチヤージし、ホルダ2を回転す
ることにより、ウエハ1の中心のまわりに自転さ
せる。ベルジヤ3内をH2ガス雰囲気とした後、
サセブタ4を高周波コイル5により1100℃まで昇
温する。
供給ノズル6よりSi原料ガスを含むH2ガスを
供給し、Siエピタキシヤル層を各ウエハ1の表面
上に形成する。この時、Si原料ガスを含むH2
スは、第3図に示すように、ウエハ1の回転中心
ICに向う方向からウエハ回転に逆う向きに一換
言すれば、ウエハ回転の上流側に、角度θだけず
らせて供給する。
エピタキシヤル成長に使用された後の廃ガス
は、排気ノズル7によりベルジヤ3外に排気す
る。
所望の膜厚のエピタキシヤル層がウエハ1の表
面に形成された後、ノズル6からのSi原料ガスの
供給を止め、H2ガスによるパージングの後、高
周波コイル5による加熱を止め、サセプタ4を降
温する。
以上の方法と装置によれば、大口径ウエハに形
成するエピタキシヤル層の膜厚を均一とすること
ができる。
次に具体的数値例について説明する。
まず、ホルダ2に直径12.7cm(5インチ)のウ
エハ1を2枚ずつ背中合せにし、相互間に5mmの
間隔をおいて、25段50枚セツトし、ベルシヤ3内
にチヤージする。ウエハホルダ2を25rpmで回転
しながら、ベルジヤ3内にガス供給ノズル6より
N2ガスを供給し、炉内の空気を置換する。
ガス供給ノズル6には、直径4mmの噴出孔が、
ウエハ積層数よりも1個多い、26個、5mmの間隔
で設けられており、ガスは積層されたウエハ1そ
れぞれの表面の1半径部分で均一に供給される。
なお、噴出孔は孔でなくても、垂直方向のスリツ
トであつてもよいことは、もちろんである。
このとき、噴出孔の方向は、第3図に示すよう
に、ウエハ中心1Cを通る方向からθ=約25度だ
け、ウエハ回転方向と逆の方向にずらしてある。
この場合、θは実験的に求めた結果、約25度のと
き最も均一なエピタキシヤル層が得られた。N2
ガスを止め、H2ガスを30/minの流量で流し
ながら、高周波コイル5に通電し、サセプタ4を
1100℃に加熱する。
サセプタ4が所定温度に達したら、H2ガス中
に0.5mol%のHClガスを混入し、ウエハ表面を1
分間気相エツチしてクリーニングする。この時、
ノズル6からのガス噴出方向が、前述のように、
ウエハ回転中心からずらしてあるので、均一なエ
ツチングも合せて達成される。
HClガスを止め、2分間のガスパージを行なつ
た後、H2中にSiCl4を1.5mol%混入し、エピタキ
シヤル成長を開始する。20分間の成長で10μmの
エピタキシヤル層を形成した後、SiCl4の混入を
止め、H2ガスで2分間原料ガスのパージをする。
コイル5の通電を徐々に下げ、約15分で400℃
までサセプタ4を降温した後電源を切る。15分間
のH2ガスによる冷却の後、炉内をN2ガスで置換
し、ベルジヤ3を開けウエハ1を取り出す。
以上の実験例によれば、直径12.7cm(5イン
チ)のウエハに形成するエピタキシヤル層のウエ
ハ表面膜厚分布を均一にすることができる。
本実施例ではシリコンのエピタキシヤル成長を
例としたが、ウエハ中心を回転中心としウエハ面
に平行にガス供給しながら薄膜を形成する他の
CVD法にも適用可能である。また、ウエハを多
段積層とし実施例を説明したが、1枚のウエハの
場合にも適用できる。
なお、ガス噴出方向のウエハ回転方向上流側へ
向けてのずれ角θは、ウエハ回転速度、ガス流
量、噴射速度などによつて補正する必要があり、
この補正量は実験的に求められる。例えば、ずれ
角θはガス流量が大きい程またウエハ回転速度が
速い程大となる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、気相成長層のウエハ内の膜厚
ばらつきを、これまでの回転ウエハの中心方向に
供給する場合に比べ1/2以下とすることができ、
均一な薄膜をウエハ表面に形成することが可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明および従来の気相成長装置を説
明する概略断面図、第2図は本発明の動作を説明
する模式図、第3図は本発明の特徴を説明する第
1図の要部断面図である。 1……ウエハ、2……ウエハホルダ、3……ベ
ルジヤ、4……サセブタ、6……供給ノズル、7
……排気ノズル。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体ウエハを、その中心を回転軸としてウ
    エハ面内で一方向へ回転し、該ウエハの外周方向
    からウエハ面に実質上平行に原料ガスを供給し、
    該半導体ウエハ表面に気相化学反応により薄膜を
    形成する気相成長装置において、 前記原料ガスの供給方向をウエハ中心を通る方
    向から、ウエハの回転方向と逆向きの方向へ、予
    定角度だけずらせたことを特徴とする気相成長装
    置。 2 前記特許請求の範囲第1項において、ウエハ
    が多段積層状態で、ウエハホルダに収納されてい
    ることを特徴とする気相成長装置。 3 前記特許請求の範囲第1項または第2項にお
    いて、原料ガスの供給方向をずらす予定角度は、
    原料ガスの供給量およびウエハ回転速度の少なく
    とも一方に応じて補正されることを特徴とする気
    相成長装置。
JP1549686A 1986-01-27 1986-01-27 気相成長装置 Granted JPS62173712A (ja)

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