JPH0737812A - 減圧ｃｖｄ型気相成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】縦型のホットウォール型ＬＰ−ＣＶＤ気相成長
装置において、インナーチューブ内に載置されたウェー
ハ上に、Ｓi エピタキシャル成長を行なわせる場合、使
用済み反応ガスは、該チューブの開口部から炉内を通
り、アウターチューブ等に設けられた排気口より炉外に
排気される。この反応ガスによるＳi のウォールデポジ
ションが生成されると、その部分の炉内温度を局部的に
下げ、成膜中のウェーハ相互間の温度分布の均一性を損
なう課題がある。 【構成】前記開口部及び前記排気口を、被処理ウェーハ
を載置するボートの配置部の上方または下方のいずれか
一方の同一領域内に設けることにより、使用済み反応ガ
スの排気経路を、短くかつボートの配置部以外の領域内
に限定し、ウォールデポジションの生成によりボート配
置部の温度が不均一になるのを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、減圧ＣＶＤ型気相成長
装置に関するもので、特にウォールデポジションがあっ
ても、成膜を行なう部分の炉内温度を均一に保つことの
できる気相成長装置に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】高濃度のＳi 基板上に低濃度のエピタキ
シャル層を形成して得られるいわゆるエピタキシャルウ
ェーハは、ＭＯＳデバイス等に利用されている。このウ
ェーハのエピタキシャル層の形成は、パンケーキ型、シ
リンダ型等の気相エピタキシャル成長装置を使用して行
なわれる。

【０００３】そしてこのエピタキシャル成長装置の一つ
として、ホットウォール型の減圧ＣＶＤ型（以下ＬＰ−
ＣＶＤ型と略記）の気相エピタキシャル成長装置があ
る。この型の装置は、従来のパンケーキ型やシリンダ型
等の装置が、 1回の工程で、10枚〜15枚程度のウェーハ
しか処理できないのに対し、ＬＰ−ＣＶＤ型では50枚以
上のウェーハが一度に処理でき、高スループット（基板
処理能力）型装置として用いられている。

【０００４】このホットウォール型ＬＰ−ＣＶＤ装置の
炉構造の従来例を図３に示す。同図に示す反応炉５０の
反応管は、アウターチューブ５１及びインナーチューブ
５２を有する二重管で、インナーチューブ５２の内側に
半導体基板（ウェーハ）５７を保持する石英ボート５５
を配置している。インナーチューブ５２の下側から、水
素等のキャリアガス及び原料ガスなどからなる反応ガス
をガス供給口５６ａを介してノズル５６に導入し、ノズ
ル５６の噴射口から矢線で示すように反応ガスを、石英
ボート５５内に収納された被処理ウェーハ５７に供給す
る。使用済みの反応ガスは、インナーチューブの頂部の
インナー開口部５９から排出され、アウターチューブ５
１とインナーチューブ５２とに挟まれた領域を通り、フ
ランジ５１ａの側壁に設けられた排気口５３から炉外に
排気される。又ウェーハ５７の加熱は反応炉の外側に設
けられたヒーター５８（抵抗加熱）などにより行なわれ
る（この場合、反応炉の壁の温度も高温となることから
ホットウォール型と呼ばれる）。

【０００５】この装置を用い、エピタキシャル成長を行
なう場合、この装置がホットウォール型であるため、気
相成長中にＳi 原料ガスにより、Ｓi が反応炉の壁面に
堆積する（以下ウォールデポジションと呼ぶ）。このウ
ォールデポジション５４は、特に排気口５３がある付近
（この従来例でアウターチューブ５１の下側）で顕著で
ある。そしてこのウォールデポジションが生じると、こ
のウォールデポジションが生じた部分で、炉内の温度低
下が生じる。この従来例では、ウォールデポジション
が、アウターチューブの下側で顕著なため、炉の下側で
温度が低くなり、炉内の温度分布が不均一になる。そし
てこの炉内温度が不均一な状態で気相成長を行なうと、
成長速度が温度に依存するため、得られる成長膜の膜厚
のウェーハ相互間での均一性が劣化し問題となってい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これまで述べたよう
に、ＭＯＳデバイス等に利用されるエピタキシャルウェ
ーハにおいては、エピタキシャル膜の膜厚や比抵抗の均
一性が強く要求されている。ホットウォール型のＬＰ−
ＣＶＤ装置を用いてウェーハ上に、このエピタキシャル
膜の成膜を行なう場合、従来の装置では、成膜中にＳi
のウォールデポジションが生成され、このウォールデポ
ジションの生じた部分の炉内温度は局部的に低下し、炉
内の温度分布が不均一になる。これによりエピタキシャ
ル膜の膜厚等の均一性が劣化するという課題がある。

【０００７】本発明は、ホットウォール型ＬＰ−ＣＶＤ
型気相成長装置において、成膜中、前記ウォールデポジ
ションが生成されても、炉内のボート配置部の温度を均
一に保つことができる高いスループットの装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、インナーチュ
ーブに設けられた開口部及びアウターチューブもしくは
炉壁に設けられた排気口を有する反応炉と、インナーチ
ューブ内に配置され、被処理ウェーハを載置するボート
と、反応炉の外側に設けられ、前記ウェーハを加熱する
ヒーターとを有する減圧ＣＶＤ型気相成長装置におい
て、前記排気口及び前記開口部が被処理ウェーハを載置
するボートの配置部の上方または下方のいずれか一方の
同一領域内にあることを特徴とする減圧ＣＶＤ型気相成
長装置である。

【０００９】

【作用】ホットウォール型ＬＰ−ＣＶＤ装置では、成膜
に使用された反応ガスは、インナーチューブの開口部か
ら排出され、インナーチューブとアウターチューブとの
間等を流れ、排気口に集められ、炉外に排気される。

【００１０】本発明の装置では、この開口部と排気口と
を、被処理ウェーハを収納するボートの配置部の上方ま
たは下方のいずれか一方の領域（図１の実施例では上
方、図２の実施例では下方）に設けたので、開口部から
排気口に至る炉内の使用済み反応ガスの排気経路を短く
でき、また該ガスにより形成されるウォールデポジショ
ンの生成領域をボート配置部以外の狭い領域に限定する
ことができる。これにより、被処理ウェーハを載置する
ボートの配置部の温度を均一に保つことができる。

【００１１】換言すれば本発明は、使用済み反応ガスに
より生成されるウォールデポジションを、差支えない領
域、すなわち被処理ウェーハを内蔵するボートの温度分
布の均一性が損なわれない領域に生成させて、課題を解
決したものである。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明のＬＰ−ＣＶＤ型気相成長装
置の実施例の断面構造を模式的に示すものである。

【００１３】同図において反応炉１０は、石英ガラスか
らなるアウターチューブ（外側反応管）１１及びインナ
ーチューブ（内側反応管）１２の 2重管を有す。 2重管
にするのは、反応ガスの制御性、炉内温度の均一性及び
安全性等が得られやすいためである。インナーチューブ
１２内には、石英ボート１５が配置され、ボートには、
50〜 100枚の被処理ウェーハ１７が、一定方向に所定の
間隔で上から下に収納されている。またボート１５に沿
ってノズル１６が配設され、ノズル１６の表面には、反
応ガスを矢線で示す方向に供給する噴出孔が設けられ
る。またインナーチューブ１２の頂部には、成膜に使用
された反応ガスを排出するためのインナー開口部１９が
設けられる。水素等のキャリアガス及び原料ガスからな
る反応ガスは、ガス供給口１６ａから、パイプを介し
て、前記ノズル１６に供給される。

【００１４】アウターチューブ１１は、フランジ１１ａ
上にパッキングゴムを介して載置され、その頂部には排
気口１３が設けられ、図示してないが、炉外の真空排気
機構に接続され、インナーチューブの開口部１１より排
出される使用済み反応ガスを排気口１３から炉外に排気
する。

【００１５】ヒーター１８は、アウターチューブ１１の
外周壁を取り囲むように設けられ、抵抗加熱等により、
ボート１５を介しウェーハ１７を反応管の外側から加熱
する。

【００１６】上記構成の反応炉１０では、インナーチュ
ーブ１２に設けられた開口部１９とアウターチューブ１
１に設けられた排気口１３とは、被処理ウェーハ１７を
載置するボート１５の配置部の上方に、いずれも設けら
れている。したがって使用済み反応ガスの排気経路は短
く、かつ図に示すように、生成されるウォールデポジシ
ョン１４の生成は、アウターチューブ１１の頂面にほぼ
限定される。このウォールデポジション１４は、ボート
１５の温度分布の均一性を乱すことはない。

【００１７】図２は、本発明のＬＰ−ＣＶＤ型気相成長
装置の他の実施例の断面構造を模式的に示すものであ
る。同図において、図１と 1桁目の数字が等しい符号
は、同一部分もしくは相当部分を示す。本実施例では、
インナーチューブの開口部２９は、被処理ウェーハ２７
を載置する石英ボート２５の配置部の下方の領域に位置
し、インナーチューブの頂面は閉じている。またアウタ
ーチューブ２１は、開口２１ｃを設けたフランジ２１ｂ
の上に載置され、フランジ２１ｂの側面に排気口２３が
設けられている。

【００１８】本実施例は、インナーチューブ２２に設け
られた開口部２９と、炉壁の一部を構成するフランジ２
１ｂに設けた排気口２３とが、被処理ウェーハ２７を載
置するボート２５の配置部の下方の領域に、いずれも設
けられた例である。すなわち開口部２９からフランジの
開口２１ｃを通り、フランジ２１ｂの側壁に設けられた
排気口２３に至る使用済み反応ガスの排気経路を短くす
ることが可能で、使用済み反応ガスにより生成されるウ
ォールデポジション２４も、排気口２３の周辺の狭い領
域に限定できる。これにより成膜中、ボート２５の配置
部の温度分布の均一性を損なうことはない。

【００１９】次に本発明を完成する過程において行なっ
た試行について説明する。

【００２０】図１に示す本発明の実施例によるＬＰ−Ｃ
ＶＤ型装置及び図３に示す従来のＬＰ−ＣＶＤ型装置を
使用し、等しい条件でエピタキシャルウェーハの成膜を
行ない、比較した。

【００２１】供試ウェーハは、直径150 mmのＣＺ（Czoc
hralski ）法により育成され、鏡面仕上げ、（１００）
面のシリコン基板（ウェーハ）を用い、ＨＦ：Ｈ₂ Ｏ＝
1：200の溶液に 3分間浸し、超純水で10分洗浄、スピ
ンドライヤ（リンサドライヤとも呼ばれる）で乾燥した
ものを使用する。

【００２２】これらのＬＰ−ＣＶＤ型装置を使用して前
記ウェーハ上にＳi エピタキシャル膜を堆積する成膜条
件は、Ｈ₂ ガス中で炉温を 900℃まで昇温し、次に 900
℃、5Torrにて、原料ガスとしてＳi Ｈ₂ Ｃl ₂ を用
い、Ｓi Ｈ₂ Ｃl ₂ 濃度 5％にて気相エピタキシャル成
長を行なった。

【００２３】上記のように等しい条件のウェーハを使用
し、等しい成膜条件で、本実施例の装置及び従来例の装
置を使用し、それぞれ気相成長を行なった後、すなわち
ウォールデポジションを生成した後の炉内温度分布を熱
電対を用いて測定した。

【００２４】なお本実施例及び前記従来例の炉内温度の
測定は、ノズル１６または５６内に熱電対の温測接点を
挿入し、反応ガスの導入を中断し、ヒーターを作動して
昇温し、熱電対の読みをその点の炉内温度とした。ただ
し一般には、ヒーターの所定位置の温度と、ノズル内の
対応する位置の温度との相関関係を、あらかじめ、試行
により求めておいて、実際の炉内温度の設定等は、ヒー
ター温度の読み等により行なう。

【００２５】図４は本実施例の、図５は従来例のそれぞ
れの装置についての炉内温度分布の測定結果を示すもの
で、横軸はボート先端面からノズル内の熱電対までの距
離（cm）であり、縦軸は各距離における炉内温度（℃）
である。ヒーター温度を、炉内温度が 900℃になるよう
に設定した状態で、ノズル内の熱電対の温測接点を、ボ
ートの上端から下端に向かって間欠的に移動し、各位置
における温度を測定し、炉内温度分布を求める。気相成
長時間が20分（□印で表わす）及び60分（＋印で表わ
す）それぞれ経過した後の炉内温度の測定を行なった。

【００２６】図４（本実施例）では、炉内温度分布は、
ボート先端面よりボートの終端面に到る70cmの間で、ほ
ぼ 900℃均一で、気相成長の時間の長短にかかわらず炉
内温度は当初設定の 900℃に保持されている。

【００２７】これに対し、図５（従来例）では、炉内温
度分布は、ボート先端面より約20cmを超えて下側に近づ
くにつれ低下し、気相成長時間が20分より60分のほうが
温度低下が大きいことがわかる。

【００２８】図４及び図５の結果の比較から、本実施例
の装置では、インナーチューブの開口部１９と同側のア
ウターチューブ上部に排気口１３を配置したため、ウォ
ールデポジションは反応管の最上部を中心に生じ、ボー
ト配置部には生じていないため、ボート配置部の温度分
布の均一性が保持されるのに対し、従来例の装置では、
温度分布の低下が気相成長の時間と共に大きくなり、特
に反応管の下側で顕著である。

【００２９】次に本実施例及び従来例の装置を使用し、
前記の等しい条件で、気相成長を行なった場合の、それ
ぞれの成長膜厚の時間依存性を調べた。その結果を図６
（本実施例）及び図７（従来例）に示す。横軸は気相成
長時間（分）を、また縦軸は成長膜厚を示す。成長膜厚
は、気相成長時間30分、ボート先端面から30cm下方の位
置に載置されたウェーハの膜厚を 1としたときの相対値
で表わす。また成長膜厚の測定は、ボート先端面から10
cm( □印で表わす）、30cm（＋印で表わす）及び50cm
（○印で表わす）のそれぞれの位置に載置されたウェー
ハについて測定した。

【００３０】図６（本実施例）の結果では、成長膜厚
は、成長時間と直線関係にあり、すなわちボートの全長
にわたって成膜速度が一定であることを示している。

【００３１】これに対し図７（従来例）の結果では、ボ
ートの先端面から10cmの位置のウェーハの成長時間と膜
厚とは、図６の場合と同様直線関係にあるが、30cmの位
置のウェーハは成長時間に対し僅かではあるが膜厚は減
少気味であり、50cmの位置のウェーハでは成長膜厚の減
少が著しい。すなわち従来例の場合には、ボート下側部
の温度は、ウォールデポジションの影響により低下し、
成膜速度が減少することを示している。

【００３２】図６及び図７に示す試行結果から、本実施
例の装置では、ボートの先端から終端にいたる間に収納
されているすべてのウェーハ相互間の膜厚は、均一であ
るのに対し、従来例の装置では、ボートの下側部に収納
されたウェーハの膜厚は、上側部に収納されたウェーハ
の膜厚に比し薄く、ウェーハ間の膜厚は不均一になる。

【００３３】図１の実施例では、排気口１３をアウター
チューブ１１の頂部に設けたが、気相成長を行なうため
に配置した基板（通常はこれを収納するボート）より上
方に設置すればよく、例えばアウターチューブ１１の排
気口は、ボート配置部の上方に設けてあれば、反応管の
側面であっても差し支えない。

【００３４】以上の実施例ではＳi エピタキシャル成長
膜を例にあげたが、ポリシリコン膜等の成膜装置に適用
しても差し支えない。

【００３５】

【発明の効果】ホットウォール型ＬＰ−ＣＶＤ型気相成
長装置において、成膜中にアウターチューブまたは炉壁
にＳi のウォールデポジションが生成されるが、本発明
の装置では、インナーチューブの開口部と、アウターチ
ューブまたは炉壁の排気口とを、ボート配置部の上方ま
たは下方の同一領域に設けたので、ウォールデポジショ
ンが生成されても、その位置、大きさを、ボート配置部
の温度の均一性を乱すことのない領域に限定できる。こ
れにより炉内のボート配置部の温度を均一に保つことが
でき、高いスループットのＬＰ−ＣＶＤ型気相成長装置
を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＬＰ−ＣＶＤ装置の実施例を模式的に
示す断面図である。

【図２】本発明のＬＰ−ＣＶＤ装置の他の実施例を模式
的に示す断面図である。

【図３】従来のＬＰ−ＣＶＤ装置の一例を模式的に示す
断面図である。

【図４】図１に示す本発明の実施例の装置で気相成長を
行なった後の炉内温度分布図である。

【図５】図３に示す従来例の装置で気相成長を行なった
後の炉内温度分布図である。

【図６】図１に示す本発明の実施例の装置で得られた成
長膜厚の時間依存性を示す図である。

【図７】図３に示す従来例の装置で得られた成長膜厚の
時間依存性を示す図である。

【符号の説明】

１０，２０，５０ 反応炉 １１，２１，５１ アウターチューブ １２，２２，５２ インナーチューブ １３，２３，５３ 排気口 １４，２４，５４ ウォールデポジション １５，２５，５５ 石英ボート １６，２６，５６ ノズル １７，２７，５７ 被処理ウェーハ １８，２８，５８ ヒーター １９，２９，５９ 開口部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】インナーチューブに設けられた開口部及び
   アウターチューブもしくは炉壁に設けられた排気口を有
   する反応炉と、インナーチューブ内に配置され、被処理
   ウェーハを載置するボートと、反応炉の外側に設けら
   れ、前記ウェーハを加熱するヒーターとを有する減圧Ｃ
   ＶＤ型気相成長装置において、 前記排気口及び前記開口部が被処理ウェーハを載置する
   ボートの配置部の上方または下方のいずれか一方の同一
   領域内にあることを特徴とする減圧ＣＶＤ型気相成長装
   置。