JPH0682615B2 - 半導体製造方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体ウエハ上に気相成長膜を形成する半導体
製造方法およびその装置に係り、気相成長膜形成処理中
の半導体ウエハの温度偏差を極力抑え、スリツプライン
等の結晶欠陥の少い半導体ウエハを製造することができ
るようにしたものである。

このような気相成長を行う装置として従来、例えば第１
図に示すような製造装置が用いられている。この装置
は、反応室（ベルジヤ）１内に設けられた主として黒鉛
素材よりなる円盤状の回転加熱基台（サセプタ）２と、
このサセプタ２を高周波誘導によつて加熱する渦巻状の
誘導コイル３と、反応ガスをベルジア１内に供給するガ
ス送入口４とから構成されている。そして、上記サセプ
タ２上に、膜成長させる半導体ウエハ、例えばシリコン
ウエハ５を複数個円心状に載置し、シラン、クロルシラ
ンなどの反応ガスをガス送入口４から供給するとともに
誘導コイル３に高周波電流を供給すれば、サセプタ２が
発熱してウエハ５が加熱され、ウエハ５表面近傍で気相
化学反応が起り、ウエハ５表面に膜が成長してゆくよう
になつている。

ところで、このような装置にあつては、多数のウエハ５
…に均一な厚さの成長膜を形成せねばならない。このた
め、サセプタ２を回転させて、温度分布および反応ガス
に接触する割合を均一になるように制御しているが、サ
セプタ２の同心円方向の温度や成長厚さは均一になるも
ののサセプタ２の直径方向の温度分布を改善することは
できない。サセプタ２の直径方向の温度分布を均一にす
るには、サセプタ２の直径方向上での誘導コイル３とサ
セプタ２の間隔を調整し、電磁結合の度合を変えること
によつて達成できる。

そこで、第１図に示した装置にあつては、誘導コイル３
をその下方に設けられ、誘導コイル３の中心から互に略
120゜の角度を持つて放射状に伸びる３枚のコイル支持
板６に、ロツド７…およびナツト８…を介してコイル高
さを調整可能に取り付け、誘導加熱によるサセプタ２の
温度分布が成長過程で均一になるようにサセプタ２と誘
導コイル３との間隔を調整していた。すなわち、渦巻状
の誘導コイル３の各渦巻部3a…を円周上３点でコイル支
持板６…から立設されたロツド７…で支持するとともに
これらロツド７…をナツト８…を回動せしめてコイル支
持板６…に対して上下動せしめ、サセプタ２の直径方向
での温度分布を均一としていた。そして、一般には第１
図に示すようにサセプタ２の外周部Ａと内周部Ｃに対応
する渦巻部3a…をサセプタ２に接近させ、中央部Ｂを離
間させて、成長過程でのサセプタ２の温度分布が均一と
なるようにしていた。

ところで、最近では、ウエハの大径化および高品質化に
伴い、ウエハの欠陥を一層低減させる要求が高まってい
る。そのため、本願発明者らは、気相成長後のウエハの
欠陥について詳細な検討を行い、上記従来の装置には、
以下のような欠点があることを見いだした。

すなわち、上記従来の装置では、一旦誘導コイル３の各
渦巻部3aの位置（高さ）を調整して固定すると、装置運
転中は、この位置を変えることはできない。一般に気相
成長の昇温、成長、降温の各過程におけるサセプタ２の
温度分布は一様でなく、第２図に示すように成長過程で
温度偏差が小さいように調整しても、昇温および降温過
程で温度分布に大きなバラツキが生じる。第２図は、第
１図に示した装置を用い、成長過程でサセプタ２の温度
分布が出来るだけ小さくなるように各渦巻部3a…の高さ
を調整したのち、実際に運転したときのサセプタ２の各
位置Ａ、Ｂ、Ｃの温度分布変化を示したグラフである。
このグラフより明らかなように、800℃から1000℃に至
るまでの昇温過程で、50℃の温度差があり、サセプタ２
の外周部Ａが高温となつている。また、降温時にも約20
℃の温度差が生じている。このように800℃以上の高温
において半導体ウエハ５…内で温度に不均一を生じる
と、その熱応力集中のため、スリツプラインと呼ばれる
欠陥がウエハ５…に発生してしまう。

したがつて、第１図に示したようなコイル支持装置で
は、サセプタ２の温度を十分に均一にはできず、スリツ
プラインなどの欠陥のあるウエハしか得られない問題点
がある。

この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、気相成長
の全過程においてサセプタの温度分布を均一とし、スリ
ツプラインなどの結晶欠陥のない半導体ウエハを得るこ
とのできる半導体製造方法およびその装置を提供するこ
とを目的とするものである。

以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。

第３図は本発明の装置の一例を示すもので、第１図に示
したものと同一構成部分には同一符号を付してその説明
を省略する。この例の装置にあつては、誘導コイル３の
各渦巻部3a…のうち、サセプタ２の外周部Ａと内周部Ｂ
とに対応する渦巻部3a…を支持するロツド７…が下方に
延長され、コイル支持板６を貫通し、さらに反応室基板
９を気密に貫通して反応室１外に導き出されている。そ
して、これら延長されたロツド７…の各下端部は、これ
らロツド７…を上下方向に微移動させる駆動部（駆動機
構）10…にそれぞれ結合されて、誘導コイル３の渦巻部
3a…を反応室１外から上下方向に微移動できるようにな
つている。上記駆動部10には、例えば小型ギアモータ
と、このモータの回転軸に噛合された減速歯車とを備
え、ロツド７下端部に形成されたラツクに上記減速歯車
を噛み合せてロツド７を上下動するようにしたものなど
が用いられ、ロッド７の移動量が、図示しない制御盤等
の制御手段からモータに印加される制御信号の電圧、通
電時間で制御できるように構成されている。

なお、この例ではサセプタ２の外周部Ａおよび内周部Ｃ
に対応するコイル３の各渦巻部3a…を支持するロツド７
…を反応室１外より移動可能としたが、これに限らず、
全部のロツド７…を移動可能としてもよいが、通常はサ
セプタ２の中央部Ｂを温度の基準とするので、この例の
ように内周部Ｃおよび外周部Ａに対応するロツド７…だ
けでも十分である。かくして、上記ロツド７…、コイル
支持板６および駆動部10…によつて、電磁結合調節手段
が構成されている。

また、反応室１の覗き窓には、赤外線温度センサなどの
遠隔測定が可能な温度センサ11が取り付けられている。
この温度センサ（温度検出手段）11は、検出端部分が首
振り可能となつており、サセプタ２の各位置Ａ、Ｂ、Ｃ
の温度が測定できるようになつている。

次に、この装置を用いて、気相成長膜を成長させる際の
温度制御方法について、第４図を用いて説明する。

最初に、サセプタ２に半導体ウエハ５…を載置しない状
態で、サセプタ２の中央部Ｂが所定の成長温度、例えば
1100℃となるように誘導コイル３への入力高周波電力を
調整する。つぎに、サセプタ２の外周部Ａおよび内周部
Ｃの温度が中央部Ｂと同一温度となるように、外周部Ａ
および内周部Ｃに対応するコイル３の各渦巻部3a…を上
下動させ、この渦巻部3a…の位置を基準点とする。第４
図のグラフでは外周部Ａ、中央部Ｂおよび内周部Ｃのそ
れぞれの基準点を“0"で示してある。つぎに、実際の昇
降温過程に即した昇降温テストを行い、昇温、成長、降
温の各過程において、サセプタ２の各位置Ａ、Ｂ、Ｃの
温度が等しくなるようにサセプタ２の外周部Ａと内周部
Ｃに対応するコイル３の各渦巻部3a…を移動させ、その
移動量と移動のタイミングを求める。誘導加熱ではコイ
ル３を移動してもすぐにサセプタ２の温度が即応して変
化せず、時間的おくれがある。よつて、移動のタイミン
グも求めておかないと、温度が過度に上昇したり下降し
たりすることがある。

この移動量と移動のタイミングの一例を示したのが第４
図のグラフである。以下、この例によつて温度制御した
場合について説明する。まず、サセプタ２の外周部Ａに
対応するコイル３の渦巻部3a…を先に求めた基準点から
2mm下げた位置に、内周部Ｃに対応するコイル３の渦巻
部3a…を基準点から1mm下げた位置に設定し、加熱を開
始する。そしてサセプタ２の温度が約800℃に達した時
に、外周部Ａおよび内周部Ｃに対応する渦巻部3a…をそ
れぞれ約３分間かけて1mmだけ上昇させる。つぎに、中
央部Ｂが定温成長過程となるまでの約７分間にさらに外
周部Ａに対応する渦巻部3a…を1mm上昇させ、先の基準
点に到着させる。この状態のまま成長過程を経過し、降
温過程に入ると、降温開始後から10分間で、外周部Ａに
対応する渦巻部3a…を1mm下げる。

このような誘導コイル３の各渦巻部3a…の上下動操作を
行うことにより、この場合第５図に示したような温度分
布が得られた。第５図からも明らかなように成長全過程
におけるサセプタ２の各位置Ａ、Ｂ、Ｃでの最大温度偏
差は10℃であつた。第５図と第２図の温度分布を比較す
ると、特に昇温過程での温度偏差が著るしく改善されて
いることがわかり、スリツプライン発生防止に効果があ
ることが予測される。

そこで、この操作方法によつて直径100mmのシリコンウ
エハ５…をサセプタ２上に載置し、反応ガスとしてトリ
クロロシラン（SiHCl₃）を導入して、成長温度1100℃で
エピタキシヤル層を成長させたところ、処理後のシリコ
ンウエハ５は、その外周より内側5mmまでの部分を除い
た部分にはスリツプラインの発生が全く認められなかつ
た。一方、第１図に示した装置を用い、成長過程のみ温
度分布を均一とする方法によつて同様のエピタキシヤル
処理を行つたところ、ウエハ５の外周より内側に20mmの
範囲までスリツプラインの発生が認められた。この結
果、製品歩留りが80％から95％に向上した。

このような、製造方法によれば、気相成長膜形成の全過
程において、サセプタ２内の温度分布を十分に均一にす
ることができるので、サセプタ２上に載置される半導体
ウエハ５…の温度分布も十分に均一となり、トリツプラ
インなどの結晶欠陥の発生度合が減少し、製品歩留りが
向上する。また、従来は上記欠陥の発生を防止するた
め、昇温、降温過程で徐熱、徐冷を行つて、温度差を小
さくするようにしているが、その効果も不十分であり、
生産時間も長くかかる欠点があつた。しかし、本方法に
よれば徐熱、徐冷を行う必要がないので、製造時間が短
縮され、生産性が向上する。特に、近時ウエハ５が大口
径化してきており、ウエハ５内での温度のバラツキが一
層小いことが望まれているが、この操作によれば大口径
ウエハの処理にも好適である。

なお、サセプタ２の裏面（下面）の数個所の温度を光フ
アイバ等を通して検出し、駆動部10にフイードバツクさ
せ、自動的にロツド７を上下動させて、温度を均一化す
るようにもできる。

以上説明したように、本発明の製造方法および製造装置
によれば、サセプタの誘導加熱中、誘導コイルとサセプ
タとの間の電磁結合度を、サセプタの任意の位置におい
て変えてサセプタの任意の位置の温度をそれぞれが等し
くなるように制御することにより、気相成長膜形成中の
全過程においてサセプタ内の温度偏差を十分小さくする
ことができるので半導体ウエハ内での温度偏差もまた十
分小さくなり、気相成長膜形成中において半導体ウエハ
にスリツプラインなどの熱応力集中による結晶欠陥が発
生する度合が大幅に減少し、製品歩留りが向上する。ま
た、製造時間も短縮でき、生産性も向上する。さらに、
近時の半導体ウエハの大口径化に対しても十分に対処で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の半導体製造装置を示す概略断面図、第２
図は従来の製造装置による気相成長膜形成中のサセプタ
上の温度分布を示すグラフ、第３図は本発明の半導体製
造装置の一例を示す概略断面図、第４図は、誘導コイル
の各渦巻部の移動量と移動のタイミングを示すグラフ、
第５図は本発明の半導体製造方法によつて得られたサセ
プタ上の温度分布の一例を示すグラフである。 １……反応室（ベルジヤ）、２……回転加熱基台（サセ
プタ）、３……誘導コイル、3a……渦巻部（各部）、４
……ガス送入口、５……半導体ウエハ、６……コイル支
持板、７……ロッド、10……駆動部（駆動機構）、11…
…温度センサ（温度検出手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応室内に設けられた回転加熱基台上に半
   導体ウエハを載せ、反応ガスを前記反応室内に導入しつ
   つ、前記回転加熱基台の裏面に対向して配置された誘導
   コイルで前記回転加熱基台を誘導加熱し、前記半導体ウ
   エハ上に気相成長膜を形成させる半導体製造方法におい
   て、 前記誘導コイルの各部を支持し制御信号に応じてこれら
   各部をそれぞれ回転加熱基台に接近離間する方向へ変位
   させる駆動機構を設け、誘導加熱中にこれら駆動機構を
   制御して前記各部を回転加熱基台に接近離間させること
   により、前記各部と回転加熱基台との間の電磁結合度を
   調節し、回転加熱基台の任意の位置の温度をこれらが加
   熱中常に相等しくなるように制御することを特徴とする
   半導体製造方法。
2. 【請求項２】半導体ウエハ上に気相成長膜を形成するた
   めの半導体製造装置であって、反応室と、この反応室内
   に設けられ半導体ウエハを載置する回転加熱基台と、こ
   の回転加熱基台の裏面に対向して配置され回転加熱基台
   を誘導加熱する誘導コイルと、前記反応室内に反応ガス
   を導入するガス送入口と、前記回転加熱基台上の任意の
   位置の温度を検出する温度検出手段と、前記誘導コイル
   の各部を支持し制御信号に応じてこれら各部をそれぞれ
   回転加熱基台に接近離間する方向へ変位させる駆動機構
   と、これら駆動機構に前記反応室の外部から制御信号を
   伝達することにより回転加熱基台の任意の位置の温度を
   これらが加熱中常に相等しくなるように設定しうる制御
   手段とを具備したことを特徴とする半導体製造装置。