JPH07221022A

JPH07221022A - バレル型気相成長装置

Info

Publication number: JPH07221022A
Application number: JP2470394A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Arai; 剛荒井; Yutaka Ota; 豊太田
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1994-01-27
Filing date: 1994-01-27
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】回転駆動系パージ用ガスがサセプタ表面に回
り込むのを防止し、エピタキシャル層の品質を向上する
ことができるバレル型気相成長装置を提供する。【構成】下端部にガス排気口１９を有する反応炉１１
と、反応炉１１内に収容され且つ半導体基板１３を保持
するサセプタ３１と、サセプタ３１の上部に載置され且
つサセプタ３１を回転する回転駆動装置１５とを有する
バレル型気相成長装置３０において、サセプタ３１の底
部のボトムプレート３１ａに空孔３１ｂを設けるととも
に空孔３１ｂに排気ノズル３２を取り付け、サセプタ３
１内部を流れる回転駆動系パージ用ガスを排気ノズル３
２を介して反応炉１１外部へ排出する。排気ノズル３２
は、例えば石英又は炭化珪素で被覆されたグラファイト
からなり、少なくとも反応炉１１下端部のガス排気口１
９まで延在するのが望ましい。さらに、ガス排気口１９
を含むガス排気系の内壁にセラミックコーティングを施
したものが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はバレル型気相成長装置に
関する。さらに詳しくは、気相反応によって重金属汚染
の少ないエピタキシャル層を成長させるバレル型気相成
長装置に関する。

【０００２】

【発明の背景技術】半導体製造工程において、半導体単
結晶基板（以下「ウエーハ」と言う。）上に気相反応を
利用して半導体エピタキシャル層（以下「エピタキシャ
ル層」と言う。）を成長させる技術（気相エピタキシャ
ル法）は極めて重要である。このようなエピタキシャル
層を気相成長させる際には、枚葉型成長装置、縦型（ま
たはパンケーキ型）成長装置、バレル型（またはシリン
ダ型）成長装置等が用いられているが、中でもバレル型
成長装置は、ウエーハの表裏の温度差が比較的小さくな
る構造であるのでスリップ等の温度差に起因する結晶欠
陥が発生しづらく、また、比較的均一な抵抗率分布のエ
ピタキシャル成長層を一度に多くのウエーハ上に形成す
ることができる利点もある。

【０００３】図２は、従来のバレル型気相成長装置の一
例を示す。このバレル型気相成長装置１０内には、反応
炉となるバレル状（または円筒状）のベルジャ１１が設
けられている。前記ベルジャ１１は石英ガラスからな
り、透明な側壁を有している。

【０００４】ベルジャ１１内の中央部にはウエーハ１３
を多角形状外周斜面に保持するサセプタ１２が吊り具１
４によりベルジャ１１内に吊るされ、且つ吊り具１４を
介してサセプタの上部に載置された回転駆動装置１５と
連結されており、垂直軸を中心にして回転するようにな
っている。サセプタ１２は水平断面が多角形であり、底
部にはボトムプレート１２ａが取り付けられている。ま
たサセプタ１２は通常グラファイトからなり、表面が炭
化珪素によって被覆され、ウエーハ１３が炭素によって
汚染されるのを防止している。また、サセプタ１２内部
の中心軸には温度センサ１８が設けられ、サセプタ１２
の裏面温度をモニタしている。

【０００５】ベルジャ１１の側面外周には、水平に設け
られた縦列の加熱ランプ１７がベルジャ１１を同軸に取
り囲むように複数個配置され、ベルジャ１１の側壁から
一定距離を置いて設けられている。ベルジャ１１内に設
けられたサセプタ１２とウエーハ１３は、この加熱ラン
プ１７により加熱される。

【０００６】ベルジャ１１の上部は一対の反応ガス供給
用ノズル１６と接続され、処理中に前記反応ガス供給用
ノズル１６より供給された原料ガスを含む反応ガスとキ
ャリアガスは、サセプタ１２の側表面に沿って下方に流
れ、ベルジャ１１下部と接続されたガス排気口１９に排
出され、さらにガス排気口１９に接続された排気管２０
を通って装置外部に排出される。

【０００７】上記構成のバレル型気相成長装置を用いて
エピタキシャル成長する場合は、ウエーハ１３を収容し
たベルジャ１１内にキャリアガスとともに原料ガスを流
し、ベルジャ１１の透明な側壁を透過して伝達される加
熱ランプ１７からの放射エネルギにより、サセプタ１２
及びそれに保持されたウエーハ１３を所望の反応温度に
加熱する。すると、ベルジャ１１内の熱的に活性化され
た原料ガスが気相反応し、ウエーハ１３上にエピタキシ
ャル層が成長する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】メモリやＣＣＤ（撮像
素子）等の半導体デバイスの高集積化に伴い、高歩留り
を確保するために、酸化膜耐圧や少数キャリアライフタ
イムの低減またはＰ−Ｎ接合電流リーク等の原因となる
重金属汚染を低減する試みが数多く成されている。気相
エピタキシャル成長においても、重金属汚染の低減や制
御をするために多くの研究や開発が行われている。

【０００９】気相エピタキシャル成長プロセスにおける
重金属汚染の原因として、気相成長装置からの汚染と、
気相成長の前後に行われるウェーハのハンドリングや洗
浄中に不慮に発生する汚染とがある。気相成長装置から
の汚染について主なものは、ＨＣｌガス等の腐食性ガス
を介しての汚染や、ステンレススチール等の重金属を含
む腐食可能な材質からの汚染である。

【００１０】従来のバレル型気相成長装置においては、
重金属汚染を低減するために、グラファイト製のサセプ
タの表面を炭化珪素により被覆し、また、反応炉及び反
応炉内の部品を石英製にしている。しかし、ガス排気部
分や反応ガスの導入管及び回転駆動装置は依然としてス
テンレススチールにより構成されており、これらからの
重金属汚染問題は基本的には解決されていない。

【００１１】ステンレススチールにより構成されるガス
排気部分や反応ガスの導入管からの重金属汚染の影響を
低減するためには、多くの場合、重金属汚染物はパーテ
ィクルを介して運ばれるので、反応炉内のパーティクル
を抑制する方法と同様な手法が採用される。すなわち、
ガス排気部分からのパーティクルや重金属汚染を低減す
るためには、ガス排気部分における異物の付着除去とか
異物の反応炉への逆流防止策が適用される（特開昭６２
−２６３６４０号公報、実開昭６２−５５５６０号公
報、実開昭６３−１２８７１９号公報、実開平１−７１
４３５号公報）。また、反応ガスの導入管からのものを
含め炉内にプロセスの初期に存在するパーティクルや重
金属汚染の影響を低減するためには、パージプロセス中
に反応炉内に低レベルエネルギーを印加する方法が採用
される（特開昭６２−３０３１９号公報）。

【００１２】しかし、回転駆動装置で発生した重金属汚
染の影響を低減する有効な方法は未だ提案されておら
ず、定期的に回転駆動装置を分解掃除することにより重
金属汚染を一定レベル以下に保つ努力をしている。

【００１３】そこで本発明は、回転駆動系パージ用ガス
のサセプタ表面への回り込みを防止し、エピタキシャル
層の品質を向上することができるバレル型気相成長装置
を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、下端部にガス
排気口を有する反応炉と、該反応炉内に収容され且つ半
導体基板を保持するサセプタと、該サセプタの上部に載
置され且つ前記サセプタを回転する回転駆動装置とを有
するバレル型気相成長装置において、前記サセプタの底
部に空孔を設けるとともに該空孔に排気ノズルを取り付
け、前記サセプタ内部を流れる回転駆動系パージ用ガス
を前記ノズルを介して前記反応炉の外部へ排出するよう
にした。

【００１５】前記排気ノズルは、少なくとも前記反応炉
下端部のガス排気口まで延在するのが望ましい。また、
前記排気ノズルは、例えば石英又は炭化珪素で被覆され
たグラファイトからなるのが望ましい。さらに、前記バ
レル型気相成長装置は、ガス排気口を含むガス排気系の
内壁にセラミックコーティングを施したものが望まし
い。

【００１６】

【作用】従来のバレル型気相成長装置では、吊り具１４
及び回転駆動装置１５を含むサセプタ１２の回転駆動系
には回転駆動系パージ用ガスとしてキャリアガスが流さ
れ、原料ガスや腐食性ガスが回転駆動系の内部に流入す
るのを防いでいる。この回転駆動系パージ用ガスは回転
駆動装置１５から導入され、回転駆動系や吊り具１４の
内側を通り、さらにサセプタ１２の内側を通ったのちに
該サセプタ１２底部のボトムプレート１２ａに設けられ
た小孔１２ｂからサセプタ１２外に流出し、反応ガスと
一緒にガス排気口１９及び排気管２０を通って装置外部
に排出される。

【００１７】図２に示すように、回転駆動系パージ用ガ
スがサセプタ１２底部のボトムプレート１２ａに設けら
れた小孔１２ｂよりサセプタ１２外に流出した際、ベル
ジャ１１下部で発生するキャリアガスの対流に巻き込ま
れ、前記回転駆動系パージ用ガスがサセプタ１２の表面
側へ回り込んでいた。サセプタ１２の表面側へ回り込む
対流現象は、ガス排気系を減圧しないでキャリアガスに
より排気ガスを押し出す方式のものに顕著に現れる。回
転駆動装置には、吊り具やサセプタの回転を滑らかにす
るためにステンレススチール製のボールベアリングやレ
ースが用いられており、長期の使用により磨耗して重金
属の粉末を生じる。前記回転駆動系パージ用ガスは回転
駆動系内を通るので、ボールベアリングやレースからの
重金属の粉末により汚染されており、この回転駆動系パ
ージ用ガスがサセプタ１２の表面側に回り込むと、ウエ
ーハ１３上に成長するエピタキシャル層に重金属汚染を
招く原因となり、シャローピット等の重金属汚染に起因
する結晶欠陥として発現する。

【００１８】一方、回転駆動装置からの重金属汚染の影
響を低減する為の手段として流体磁性体を用いて回転駆
動部を磁気シールし、ボールベアリングやレースが設け
られた部分にはパージ用ガスが流れないようにした方法
が提案されているが、流体磁性体の原料の鉄分が蒸発し
て反応炉内に入るので、結局は回転駆動系からの重金属
汚染を防止することはできない。

【００１９】本発明においては、サセプタの底部に空孔
を設けるとともに該空孔に排気ノズルを取り付けたこと
により、サセプタ内部を流れる回転駆動系パージ用ガス
は前記排気ノズルを介してほぼ直接ガス排気口へ排出さ
れるので、重金属汚染を受けた回転駆動系パージ用ガス
がサセプタ表面側に回り込まず、ウエーハ上に成長する
エピタキシャル層に重金属汚染や結晶欠陥を引き起こす
ことがない。

【００２０】排気ノズルを少なくとも前記ベルジャに接
続されたガス排気口まで延在するようにした場合には、
回転駆動系パージ用ガスをより確実にガス排気口に排出
できる。また、排気ノズルが石英又は炭化珪素で被覆さ
れたグラファイトからなる場合は、耐熱性や汚染防止の
点でより有利となる。

【００２１】さらに、ガス排気口の内壁にセラミックコ
ーティングを施したバレル型気相成長装置に本発明のサ
セプタを使用すると、排気ノズルより排出されたガスが
ガス排気口の内壁に付着したシリコン堆積物を巻き上げ
ても、排気口の内壁はセラミックコーティングされてお
り該シリコン堆積物からは重金属汚染を起こさないの
で、相乗的な効果が得られる。また、排気管部の内壁ま
でセラミックコーティングを施すと、一層効果がある。

【００２２】

【実施例】次に、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図１は本発明のバレル型気相成長装置の一実施例を
示す。このバレル型気相成長装置３０の基本構成は図２
に示した従来の装置と同じである。従って、同一又は相
当部分は同一符合を付してその説明を省略する。

【００２３】本実施例においては、サセプタ３１のボト
ムプレート３１ａ中央部に直径３９ｍｍの空孔３１ｂが
設けられ、この空孔３１ｂに排気ノズル３２が取り付け
られている。排気ノズル３２は石英製又は炭化珪素で被
覆されたグラファイト製であり、その先端がガス排気口
１９まで延在するように設けられる。

【００２４】このような構成において、回転駆動系パー
ジ用ガスはサセプタ３１内を流れ、排気ノズル３２を介
して直接ガス排気口１９へ排出される。従って、回転駆
動系パージ用ガスはサセプタ３１の表面側に回り込むこ
とがなくなる。

【００２５】一方、従来技術のサセプタ１２には、その
ボトムプレート１２ａの周辺部２ヶ所に直径６．４ｍｍ
の小孔１２ｂが設けられ、この小孔１２ｂには排気ノズ
ルは取り付けられていない。

【００２６】次に、本実施例のバレル型気相成長装置と
従来のバレル型気相成長装置の重金属汚染のレベルの差
を見るために、サセプタ下部の回転駆動系パージ用ガス
の排気構造以外は同一構成である本実施例の装置と従来
の装置を用いてそれぞれシリコンエピタキシャル成長を
行い、成長したシリコンエピタキシャル層を評価した。
具体的には、同一のバレル型気相エピタキシャル層成長
装置において、排気ノズル３２を備えた本実施例のサセ
プタ３１と従来技術のサセプタ１２を交換して取り付け
てシリコンエピタキシャル層の成長を前後して行い、重
金属汚染のレベルを比較した。

【００２７】上記の比較実験において、重金属汚染のレ
ベルを評価するためのウエーハとして、ＣＺ法で作成さ
れた面方位（１００）、直径１２５ｍｍ、抵抗率０．０
１５Ω・ｃｍのｐ型シリコン単結晶ウエーハ１３を用い
た。該ウエーハ１３をベルジャ１１内のサセプタ３１又
は１２にセットした後に、反応炉を密閉し、反応炉内の
空気を窒素ガスで置換し、さらに窒素ガスを水素ガスで
置換する。この時から反応終了後に反応炉内を窒素ガス
で再度置換するまで、ベルジャ１１内に１４０ｌ／ｍｉ
ｎの水素ガスがキャリアガスとして供給され、回転駆動
装置に流量５５ｌ／ｍｉｎの水素ガスがパージ用ガスと
して供給される。また、流量２０ｌ／ｍｉｎの水素ガス
がステンレススチール製の反応炉上部とそれを覆う石英
製のカバーとの間にパージ用ガスとしてシャワー状に供
給される。

【００２８】反応炉内を反応温度よりもさらに２０°Ｃ
高く加熱し塩化水素（ＨＣｌ）ガスでウエーハ１３の表
面を約０．３μｍ気相エッチングした後に、所定の反応
温度でシリコン原料ガス及び不純物源であるジボラン
（Ｂ₂Ｈ₆）ガスを供給し、抵抗率１０Ω・ｃｍのｐ型シ
リコンエピタキシャル層を厚さ１０μｍ成長させた。ま
た、本実施例のサセプタ３１を用いたシリコンエピタキ
シャル層の成長と従来技術のサセプタ１２を用いたシリ
コンエピタキシャル層の成長との間では、塩化水素ガス
によるエッチングと水素ガスによるベイキングを２度繰
り返して反応炉内を清浄にし、サセプタ交換時に時々発
生する金属汚染の影響を無くした。

【００２９】比較実験の結果、本実施例のサセプタ３１
を使用して成長したシリコンエピタキシャル層中のＦｅ
濃度をＤＬＴＳ（Deep Level Transient Spectroscopy
）法を用いて測定したところ、１×１０¹¹atoms/cm³で
あった。また、シャローピットの発生も認められなかっ
た。一方、従来技術のサセプタ１２を使用したもののＦ
ｅ濃度は、５×１０¹¹atoms/cm³であった。

【００３０】さらに、ガス排気系であるガス排気口１９
と排気管２０の内壁にセラミックコーティングを施した
バレル型気相エピタキシャル層成長装置に本実施例のサ
セプタ３１を使用したところ、シリコンエピタキシャル
層中のＦｅ濃度は、８×１０1⁰atoms/cm³にまで低減さ
れた。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
転駆動系パージ用ガスがサセプタの表面側に回り込ま
ず、ウエーハ上に成長するエピタキシャル層に重金属汚
染やシャローピット等の結晶欠陥の発生を引き起こすこ
とがないので、エピタキシャル層の品質を向上すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のバレル型気相成長装置の一実施例を示
す断面図である。

【図２】従来のバレル型気相成長装置の一例を示す示す
断面図である。

【符合の説明】

１１反応炉（ベルジャ）１２サセプタ１３ウエーハ１４吊り具１５回転駆動装置１６反応ガス供給用ノズル１７加熱ランプ１８温度センサ１９ガス排気口２０排気管３０バレル型気相成長装置３１サセプタ３１ａボトムプレート３１ｂ空孔３２排気ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下端部にガス排気口を有する反応炉と、
該反応炉内に収容され且つ半導体基板を保持するサセプ
タと、該サセプタの上部に載置され且つ前記サセプタを
回転する回転駆動装置とを有するバレル型気相成長装置
において、前記サセプタの底部に空孔を設けるとともに
該空孔に排気ノズルを取り付け、前記サセプタ内部を流
れる回転駆動系パージ用ガスを前記排気ノズルを介して
前記反応炉の外部へ排出することを特徴とするバレル型
気相成長装置。
【請求項２】前記排気ノズルは、少なくとも前記反応
炉下端部のガス排気口まで延在することを特徴とする請
求項１記載のバレル型気相成長装置。
【請求項３】前記排気ノズルは、石英又は炭化珪素で
被覆されたグラファイトからなることを特徴とする請求
項１又は請求項２記載のバレル型気相成長装置。
【請求項４】前記ガス排気口を含むガス排気系の内壁
にセラミックコーティングを施したことを特徴とする請
求項１ないし請求項３記載のバレル型気相成長装置。