JPH10183353A - Ｃｖｄリアクタ用ガス注入システム及びガス注入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低圧条件用の圧力容器とプロセシング用の
反応チャンバとを別々に設けてスループットを高めたＣ
ＶＤリアクタ用ガス注入システム及び方法を提供する。 【解決手段】 ＣＶＤリアクタが個別の反応チャンバ
及び圧力容器を有する。圧力容器は反応チャンバを内部
に含み、プロセスガスは圧力容器から隔離される。この
リアクタはガス注入システムを備えており、このシステ
ムでは、プロセスガスを予備加熱し拡散させた上で、反
応チャンバにその下側表面を通して概ね垂直方向に注入
するとともに、反応チャンバの下側を通して垂直方向に
水素等のガスを注入する。水素等のガスがプロセスガス
の流れと反応チャンバの表面との間に挟まれるように流
されることにより、プロセスガスの流れが内部のウェハ
の上側表面と平行にされ、均一な被着がなされるととも
に、反応チャンバの表面上への不要な物質の被着も最小
化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＶＤプロセスチ
ャンバに関し、特にシングルウェハマルチチャンバＣＶ
Ｄシステムに関連する。

【０００２】また、本出願は、１９９６年８月７日に出
願された特許出願米国特許出願第０８／６９３，７２１
号の一部継続出願であり、１９９６年８月７日に出願さ
れた"ＣＶＤ ＲＥＡＣＴＯＲ ＨＡＶＩＮＧ ＨＥＡ
ＴＥＤ ＰＲＯＣＥＳＳ ＣＨＡＭＢＥＲ ＷＩＴＨＩ
Ｎ ＩＳＯＬＡＴＩＯＮ ＣＨＡＭＢＥＲ"なる名称の
米国特許出願第０８／６９４，００１号に関連する。

【０００３】

【従来の技術】集積回路の製造に於ける従来の課題は、
ウェハを一定且つ均一な温度に維持し、ウェハ上に均一
な厚みと抵抗率を有する様々な層（即ちエピタキシャル
層、ポリシリコン層等）を被着させるようにすることで
あった。放射熱により加熱される“ウォーム（warm）”
ウォール（壁）型ＣＶＤリアクタにおいては、ウェハ
は、水晶製収納用容器に設置される。容器とその内部の
ウェハが容器の外部に設置されたランプによって加熱さ
れると、プロセスガスまたはリアクタントガスが容器内
にポンプで注入されて、ウェハ上にガスの成分が被着す
る。

【０００４】一例として上に挙げたウォームウォール型
ＣＶＤリアクタは、効率、信頼性、及び性能に悪影響を
与えるような幾つかの限界を有している。前述のような
エピタキシャル層やポリシリコン層を被着するために作
られたシステムにおいては、スループットは考慮すべき
重要な要素である。このようなシングルウェハ式ＣＶＤ
システムにおけるスループットを改善する場合の最大の
障害は、各ウェハのプロセシングの後、チャンバの壁を
クリーニングするのに必要な時間である。放射熱によっ
て加熱された水晶製ＣＶＤチャンバにおけるチャンバ壁
のクリーニングは、プロセスガスがウェハばかりでなく
チャンバ壁にも被着するために、必要不可欠な工程であ
る。このようにしてチャンバ壁上に形成された薄膜は、
加熱ランプから放射された放射エネルギーのうちのいく
らかを吸収して、チャンバ壁の温度を局部的にあげる。
この結果、プロセスガスは、デポ速度を早めつつチャン
バ壁に被着し、「スノーボール（雪だるま）」効果が生
ずる。従って、放射加熱式ＣＶＤチャンバにおいては、
チャンバ壁を隅々までクリーニングしておくことが重要
なのである。これを行うためには、頻繁に、時には各動
作の後、毎回チャンバ壁をエッチングする必要がある。
エピタキシャル層の被着処理の後のチャンバ壁のクリー
ニングには典型的には２〜３．５分かかり、シリコンウ
ェハの後ろ側をシールするためにポリシリコンを被着し
た後には最大１時間かかる。このようにクリーニングに
かかる時間が長いのは、（熱を伝達するように設計され
た）チャンバのウォームウォールに関連するエッチング
剤による腐食速度が比較的遅いためである。ウォームウ
ォールＣＶＤシステムにおける全処理サイクルが５〜１
０分半程度であることから、壁のクリーニングは、処理
サイクル時間のかなりの部分を占めていることになる。

【０００５】このようなＣＶＤチャンバのスループット
に影響を与える他の因子は、プロセスガスのデポ速度で
ある。デポ速度を最も高くするように最適化されたチャ
ンバを用いれば一枚のウェハに被着処理するのに必要な
被着時間を２５％も減らすことができる。

【０００６】更に、ランプの故障（及びそれに関連する
メインテナンス）及びこのようなＣＶＤシステムの水晶
製チャンバ壁に必要なウェットエッチング処理には、信
頼性及び稼働時間についての悪影響がある。ウェットエ
ッチング処理を行うためには、ＣＶＤシステムを分解
し、水晶壁をウェットエッチングバスに浸漬する必要が
あるということに注意されたい。

【０００７】ウェハの温度の制御は、均一な層の被着に
必要不可欠である。上述のランプ加熱式システムのチャ
ンバ壁上へのプロセスガスの被着は、一回の処理で起こ
り得るものであり、該処理に於ける温度の均一性に影響
を与えることがある。従って、各ウェハ処理の後にチャ
ンバ壁をクリーニングするのでは、チャンバ壁上へのプ
ロセスガスの被着によって生ずる非均一性を防止するた
めには効果的でないことがある。

【０００８】ウェハ上の一定で均一な温度を達成するこ
とは、ウェハの放射率の変化により更に複雑なものとな
る。ウェハの放射率は部分的にウェハの表面材料及び温
度によって決まるために、ウェハの温度を一定且つ均一
にするべくリアクタを正確に構成することは、困難なも
のとなり得る。

【０００９】最適なＣＶＤシステムは、大気圧の下でも
減圧した状態の下でも動作可能なものであるべきであ
る。減圧した状態の下での動作には、低圧プロセシング
環境の物理的応力に耐えられる設計のチャンバ、即ち真
空チャンバが必要となる。一方、ウェハプロセシングの
ための最適な設計には、細長い断面を有するプロセスガ
ス流チャネルが必要である。この細長い断面形状によ
り、ウェハのところを通過するプロセスガスの最大流速
も高めると共に、物質移動境界層を最小化して、ウェハ
へのプロセスガス流を最適化しているのである。細長い
断面形状を有していることに加えて、最適なプロセシン
グのために設計されたチャンバは、典型的には単純な非
コンボリュート面を有しており、これによって渦流及び
逆流を最小化し、チャンバ壁上への被着を促進し得るデ
ッドスポットの発生を最小化し、チャンバ壁をクリーニ
ングするために使用されるエッチングガスがチャンバ壁
に素早く達することを可能にしている。残念ながら、こ
のような平坦な頂部を有する水晶製若しくはグラファイ
ト性のプロセスチャンバは、その壁の裏表の圧力勾配を
容易に維持することができない。このような圧力差に耐
えられるチャンバは、典型的にはベル（bell）若しくは
グローブ（globe）構造のような丸へし形状を有し、従
ってウェハの表面を横切る最適なガス流を損なうばかり
でなく、チャンバ壁の効率的なクリーニングが難しくな
る。他の方法はチャンバ壁に構造的な強化要素を組み込
むことである。しかし、残念ながらこのような強化要素
は、ウェハへの放射エネルギの均一な伝達を妨げる。こ
の結果、低圧下での動作に適するシングルチャンバＣＶ
Ｄシステムの設計では、典型的にはプロセスガス流また
は熱的な均一性のようなプロセシング条件を犠牲にし
て、構造的な完全性を高めているのである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、低圧条件下での処理のための圧力容器と、最適なプ
ロセスガス流を形成することに最適化された反応チャン
バとを別々に設けることにより、チャンバ壁に形成され
た被膜のクリーニング処理の必要性を最小化してスルー
プットを高めたＣＶＤリアクタ用ガス注入システム及び
方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】ここに上述の問題を克服
したＣＶＤリアクタを開示する。本発明によるＣＶＤリ
アクタは、圧力容器内部に設けられた反応チャンバを有
しており、ここで圧力容器及び反応チャンバはそれぞれ
の目的に特に適合するように設計されている。圧力容器
は、一実施例においては、鐘形の壺形状のベルジャー
（bell-jar）で、その壁の両側の圧力勾配を維持してお
り、反応チャンバ内部の圧力は、圧力容器内部の圧力と
等しくなっている。チャンバは、そこで処理されるウェ
ハを内部に包入するとともに、圧力容器内に完全に包入
されており、従って、その壁の前後の圧力に耐えられる
ように設計する必要はない。従って、反応チャンバは、
専らその内部におけるプロセスガスまたはリアクタント
ガス流と、クリーニング及びエッチングガス流の最適化
のために設計される。幾つかの実施例においては、反応
チャンバは、反応チャンバのウェハの表面に対して垂直
方向の寸法が、最小高さとなるように平行なプレート形
状にされている。反応チャンバは、その内部に存在する
プロセスガスが、圧力容器の壁に接触することがないよ
うに、圧力容器から隔離されている。一実施例において
は、この隔離状態は、圧力容器と、反応チャンバとの間
の領域において、ガスの圧力が反応チャンバ内のそれよ
り僅かに上回るようなレベルに維持することによって達
成されている。この領域におけるガスは、出力容器壁と
反応したり被着が生じたりしないように選択される。こ
のようにして、プロセスガスが圧力チャンバの壁に被着
するのが防止されている。

【００１２】幾つかの実施例においては、反応チャンバ
が、ウェハを包み込む黒体キャビティに近づいており、
これによってウェハの温度を反応チャンバの壁の温度を
測定することによって求めることができるようになって
いる。

【００１３】幾つかの実施例においては、反応チャンバ
は、圧力容器の外周部に設置されたＲＦ（ラジオ周波
数）誘導コイルにより加熱される。コイルによって生成
されたＲＦエネルギーは、圧力容器の水晶製壁を通過し
てグラファイト加熱要素（反応チャンバ）に達し、これ
によってウェハが加熱される。このＲＦエネルギーは、
反応チャンバの壁上にシリコン層が形成されるような実
施例においてさえ、水晶製壁を通過する。従って、ウェ
ハに伝達される熱は、反応チャンバの壁上に形成された
被着層の厚みに無関係である。

【００１４】他の幾つかの実施例においては、ウェハを
保持するサセプタ（susceptor）の下に設置されたＲＦ
誘導コイルが、ウェハ及びそれに隣接するリアクタの構
成要素を加熱する。プロセスガスは反応チャンバに入る
前、これらの構成要素を通過する際に予備加熱される。
温度の低いガスによる被着より予備加熱されたプロセス
ガスを用いた場合の方がより均一な被着が可能である。
更に、プロセスガス、及び反応チャンバ内においてプロ
セスガス量の流れる方向を誘導する水素等のフィードガ
スは、多数の個別のスロットを介して反応チャンバ内に
注入される。各タイプのガスに対する流速を調節するこ
とにより、ウェハ全体へのデポ速度は、均一性を高める
べくより良く制御され得ることになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施例の動作について、
ウェハ上のエピタキシャル層の被着の文脈の中で以下説
明する。しかし、本発明の実施例は、ウェハ上での適当
な材料の、例えばポリシリコンまたはゲート酸化層のよ
うなものの被着若しくは成長についても、本発明の利点
を実現しつつ用いることができることを理解されたい。

【００１６】共通の部品を同じ符号で示した図１及び図
２を参照すると、ＣＶＤリアクタ１０が、鈴型の容器で
あるベルジャー１６、ベースプレート１４ａ及び側壁１
４ｂを備えたステンレス鋼製円筒形外側ハウジング１４
を有する圧力容器を備えている。ベルジャー１６は、好
ましくは透明な水晶製で、外側ハウジング１４に着脱自
在に取り付けられる。側壁１４ｂは、ベースプレート１
４ａに確実に取り付けられ、且つＯリング１８を介して
ベルジャー１６に取り付けられそれを気密状態に密閉す
る。水晶プレート２０は、ベースプレート１４ａ上に被
着される。要素１４及び１６から形成される圧力容器
は、低圧状態に維持され得る容積部分３４及び容積部分
１２を取り囲む。

【００１７】好ましくは透明な水晶から構成される円筒
形内部ハウジング２２は、要素１４及び１６から形成さ
れ、水晶プレート２０上に被着される圧力容器内部に設
置される。好ましくはシリコンカーバイドから作られる
第１リングプレート２４は、水晶から作られる第２リン
グプレートの上側に設けられ、第２リングプレート２５
はスペーサリング２６上に取着され、更にスペーサリン
グ２６は図１に示すように内部ハウジング２２上に設置
される。図２を参照すると、リングプレート２４、２５
及びスペーサリング２６は、それぞれ１又は２以上の位
置合わせされた開口を有し、この開口を１又は２以上の
関連している注入ダクト２８及び排出ダクト３０が貫通
している。（単純化のため図面には唯１つの注入ダクト
２８と唯１つの排出ダクト３０が示されている）。追加
的な位置合わせされた開口は、リングプレート２４、２
５及びスペーサリング２６に形成されており、１又は２
以上の関連する注入ダクト３１がこれを貫通している。
ディッシュ３２は、第２リングプレート２５の上側表面
上に取着される。好ましくはグラファイト製で、その外
側表面にシリコンカーバイドのコーティングをなされた
皿形状のディッシュ３２は、第２リングプレート２５と
密接している。図１に示すように、それぞれ外側ハウジ
ング１４に形成された位置合わせされた開口１４ｃ及び
２２ａ、及び内部ハウジング２２により、通常のデザイ
ンのロボットアーム（簡単のため図示していない）を挿
入して、リアクタ１０の内部にウェハを出し入れできる
ようになっている。開口１４ｃの内部にはバルブ（図示
せず）が設けられており、これによりリアクタ１０の内
部をその外側の環境から隔離している。

【００１８】複数の水冷式銅製誘導コイル３６は、ベル
ジャー１６の外側表面上に設けられる。コイル３６の巻
き線は、例えば、水晶、またはセラミック、または所望
の電気的特性を有する適当な材料または材料の組み合わ
せであるような非誘導性分離器（separator）（図示せ
ず）により、互いに電気的に絶縁され得る。このように
して、コイル３６は互いに干渉し合わないようになって
いる。これにより、アークの発生やプラズマの形成が起
こる傾向が最小化されることにもなる。拡散プレート３
８は、銅製のコイル３６を支持し、コイル３６により生
成されるＲＦ場の形状を整え、より均一性の高いリアク
タ１０の加熱を達成できるようにするものである。好適
実施例においては、誘導コイル３６は、３つの独立して
制御される同心の加熱ゾーンにグループ分けされて、ウ
ェハの均一な加熱を可能にしている。もちろん、必要な
らば異なる数の加熱ゾーンを採用してもよい。銅製コイ
ル３６の外部の温度は、銅製コイル３６の融点より低く
維持しておくべきである。

【００１９】好ましくは水晶製の縦長チューブ４０は、
内部に複数の誘導コイル４４を有する環状水晶ハウジン
グ４２に接続された上側端部を有し、且つチューブ４０
及びハウジング４２を昇降させる電気的に制御可能なリ
フトモータ（図示せず）に従来通りの方法で機能的に結
合された下側端部を有する。幾つかの実施例において
は、コイル４４は、その構造に関してコイル３６に類似
している。好ましくは、コイル４４は３つの独立して制
御可能な同心の加熱ゾーンにグループ分けされる。ただ
し、必要ならば、異なる数の制御可能な加熱ゾーンを用
いてもよい。またこれらのグループは上述のコイル３６
について説明したのと同様に互いに電気的に絶縁され
る。ハウジング４２の上側表面上に設けられるシリコン
カーバイド層４６は、コイル４４と環状グラファイトサ
セプタ５０との間の熱伝達要素としての役目を果たす。

【００２０】チューブ４０内には、処理されるウェハ５
２が乗せられるサセプタ５０にその上側端部が結合され
た回転可能な水晶縦長シャフト４８が設置される。この
シャフト４８の下側端部は通常の方法で電気的に制御可
能な駆動モータ（図示せず）に機能的に結合されてお
り、これによりサセプタ５０、更にはウェハ５２を昇降
させ回転させることが可能となる。同心のチューブ４０
とシャフト４８は、ハウジング４２の中心部に設けられ
た円形の開口を貫通している。

【００２１】サセプタ５０の上側表面の一部分にはウェ
ハ５２の外側エッジに沿った部分と、ウェハ５２を乗せ
たサセプタ５０が最小の個数の点で接触し、サセプタ５
０とウェハ５２との間の熱伝達が最小となるように凹部
が設けられている。幾つかの実施例においては、サセプ
タ５０は、図３Ａに示すように皿形状のキャビティ５１
ａを有し、他の幾つかの実施例においては、サセプタ５
０の凹部が、好ましくは図３ｂに示すように、直線的な
凹んだ表面５１ｃに降りていく一定の角度を持った壁５
１ｂを有する。好適なのは図３ｂに示すサセプタである
が、これは直線的な表面５１ｃにより、図３ａに示すサ
セプタ５０の皿形状のキャビティ５１ａより、サセプタ
５０とウェハとの間隔を均一にすることができるからで
ある。

【００２２】図２に示すようにサセプタ５０上に載せら
れたとき、ウェハ５２の底部表面は、サセプタ５０の上
側表面より概ね３〜５ｍｍ上にくる。ウェハ５２の上側
表面は、サセプタ５０の外側リップ５０ａの上側表面は
実質的に同一平面上にあるべきである。例えば、幾つか
の実施例においては、ウェハ８２の上側表面と、サセプ
タ５０の外側リップ５０ａの上側表面との差が±８０ｍ
ｍ以内にすることができ、これは実質的に同一平面上と
考えることができる。サセプタ５０は、３本の水晶また
はシリコンカーバイド製のピン５４が突入して、必要な
時にウェハ５２をサセプタ５２から持ち上げるようにす
る３つの開口が形成される（図１においては単純化のた
めピン５４の１本だけが示されている）。

【００２３】ウェハ５２は、開口１４ｃ及び２２ａを通
して機械式ロボット（図示せず）によりピン５４上に載
置される。リフトモータの動作により、シャフト４８及
びサセプタ５０が持ち上げられる。サセプタ５０は、前
に図３Ａ及び図３Ｂに関連して説明したように、ウェハ
５２をピン５４から静かに持ち上げその凹部にウェハ５
２を保持する。リフトモータの動作が継続すると、ハウ
ジング４２はシャフト４８及びサセプタ５０に沿って上
昇する。このようにして、ウェハ５２、サセプタ５０、
及びハウジング４２は、図２に示すプロセシング位置に
持ち上げられる。

【００２４】リングプレート２４の上側表面とサセプタ
５０のリップ５０ａの上側表面とは、実質的に同一平面
上にするべきである。この同一平面性に若干のずれが生
じ得るが、目標は、これらの２つの表面をできる限り同
一平面上に近づけることである。このようにして、ディ
ッシュ３２、リングプレート２４、サセプタ５０、及び
ウェハ５２は、平行なプレート形状の反応チャンバ３４
ａを形成し、これは黒体のキャビティに近づいており、
従ってウェハ５２全体の温度勾配を最小化する。チャン
バ３４ａは、ウェハ５２のプロセシングに用いられるプ
ロセスガスまたはリアクタントガスを圧力容器から隔離
すると共に圧力容器と反応チャンバ３４ａとの間の圧力
の均一化をはかる。幾つかの実施例においては、ベンチ
ュリ型システムが用いられて、ウェハスクラバ圧力と無
関係にチャンバ３４ａ内の圧力を制御し、スクラバまた
は外部の圧力の変化を引き起こすことなく、特定の型の
ウェハプロセシングを反復可能にしている。ベンチュリ
は排気管（図示せず）に窒素を注入する。チャンバ３４
ａ内の圧力が変化すると、ベンチュリへの窒素供給圧力
は、所望の圧力に維持すべく調整される。

【００２５】ベルジャー１６の外側表面に沿って設けら
れた誘導コイル３６（図１及び図２参照）と、ハウジン
グ４２内部に設置された誘導コイル４４に電流が供給さ
れ、ウェハ５２を所望の温度に加熱する。コイル３６か
ら放出されたＲＦエネルギーはディッシュ３２に結合
し、ディッシュ３２全体に亘って均一な温度を生成し、
これにより上からウェハ５２を加熱すべく制御される。
同様に、ハウジング４２内のコイル４４によって放出さ
れるＲＦエネルギは、サセプタ５０に結合して、下から
ウェハ５２を加熱する。一実施例においては、ベルジャ
ーの外側の周辺部に直線的に配置された赤外線（ＩＲ）
センサ（図示せず）を用いて、ベルジャー１６における
３つの関連する透明な水晶窓（図示せず）を通して、ウ
ェハ５２の直ぐ上にあるディッシュ３２の部分の温度を
求める。位置を合わせられた水晶ウィンドゥの３つの組
（図示せず）を、ハウジング４２及び層４６に形成し
て、ベースプレート１４ａの下側に設置された追加的な
ＩＲセンサを用いてウェハ５２の直ぐ下のサセプタ５０
の部分の温度を測定してもよい。適切なＩＲセンサは、
米国ペンシルバニア州ＢｒｉｓｔｏｌのＬＡＮＤ社から
販売されている。好適なのはＩＲセンサであるが、本発
明の範囲を逸脱することなく他のセンサを用いることも
できる。

【００２６】ウェハ５２の上側の３つのＩＲセンサによ
って生成されるウェハ５２上の温度勾配を示す情報は、
コントローラ（図示せず）へのフィードバックとして供
給され、コントローラはこれに応答してコイル３６によ
って形成される３つの独立して制御される同心ゾーンの
それぞれにより生成されるＲＦ場を調節する。幾つかの
実施例においては、このコントローラにはコンピュータ
が用いられ得る。同様に、ウェハ５２の下側の３つのＩ
Ｒセンサによって生成されるウェハ５２の温度勾配を示
す情報は、コントローラ（図示せず）が３つの個別に制
御されるコイル４４のゾーンのそれぞれによって生成さ
れるＲＦ場を調節するのに使用される。このようにし
て、リアクタ１０は、ウェハ５２を制御された均一な温
度に維持する。他の実施例において、コイル３６及びコ
イル４４の独立して制御される同心ゾーンの代わりに、
例えば従来の加熱ランプのような放射エネルギー源が用
いられることもあり得る、ということに注意されたい。

【００２７】プロセスガスは、３つの注入ダクト２８
（単純化のため図２には１つだけが示されている）を介
して反応チャンバ３４ａ内に供給される。他の実施例に
おいては、リアクタ１０が有しているこのような注入ダ
クト２８の数が多いものや少ないものがある。スペーサ
リング２６内にある注入ダクト２８の１つの一部分を詳
細に示した図４、及び要素２５及び２６のそれぞれの断
面図を示した図５及び図６を参照すると、注入ダクト２
８のそれぞれは、スペーサリング２６内部に形成された
関連する注入プレナム２８ａに結合される。好ましくは
水晶製であるスペーサリング２６ａは、上述したよう
に、ハウジング４２、ディッシュ３２、及びサセプタ５
０がコイル３６及び４４により加熱されるときに同時に
加熱される。この結果、スペーサリング２６内部のプレ
ナム２８ａ及び注入ダクト２８を通過するプロセスガス
は、反応チャンバ３４ａに入る前に加熱（典型的には７
００℃〜９００℃）される。この時ステップ２６は熱源
として機能する。プロセスガスが予備加熱されているた
めに、温度の低いガスがウェハに接触した時に生ずる問
題、例えばウェハ５２上への非均一な材料の被着がなく
なり、より均一性の高い被着が達成され得ることにな
る。

【００２８】更に、プレナム２８ａは、拡散プレート２
８ｂを含む。この拡散プレート２８ｂには、一実施例に
おいては、図７に示すように０．０４■の直径の孔２９
が８個形成されている。拡散プレート２８Ｂ内部にの孔
２９のサイズ及び数は、所望のガス流特性に応じて変化
し得る。孔２９のサイズは小さい場合には、注入ダクト
２８及びプレナム２８Ａを通過するプロセスガスの速度
は、スロット２８ｃ及び２８ｄを介して反応チャンバ３
４ａに入る前により早く拡散される。この結果、プロセ
スガスは、反応チャンバ３４ａに入る前に、プレナム全
体により均一に広がって、ウェハへのより均一性の高い
被着が可能となる。また、孔２９の数を減らすことによ
り、拡散プレート２８ｂによるプロセスガスの拡散は更
に大きくなり得る。プロセスガスがダクト２８を通して
プレナム２８ａに向けて流れると、プロセスガスは、拡
散プレート２８ｂに衝当し、ガスはプレナム２８ａに沿
って流れ、反応チャンバ３４ａに流れ込む時に流速を落
とすと共に拡散する。この結果、図８に示すように、ウ
ェハの中心部分を横切る、より均一なエピタキシャル層
の被着がなされる。図８にはプロセスガスがより大きく
拡散するにつれてエピタキシャル層の厚みはより均一に
なることも示されている。曲線６０は、拡散プレートの
効果を表しており、曲線６０の拡散プレートの方が、曲
線６１の拡散プレートよりもよりガスを拡散させること
が示されている。図８において、プロセスガスの流速
は、ウェハ５２の外側部分に関連する２つのスロット
（図５の２８ｄ１及びｄ３）のそれぞれに対しては２０
Ｌ／分であり、ウェハ５２の内側部分に関連するスロッ
ト（図５の２８ｄ２）に対しては３３Ｌ／分である。こ
こで外側部分及び内側部分は、図８の点線で示されてい
る。

【００２９】拡散プレート２８ｂに形成された孔を介し
てプレナム２８ａの上側部分に入った後、プロセスガス
は、連結された垂直スロット２８ｃ及び傾斜スロット２
８ｂを通過して、ウェハ５２上への選択された材料の均
一な被着を最大化するべく選択された所定の角度で、反
応チャンバ３４ａに流入する。幾つかの実施例において
は、スロット２８ｃ及び２８ｄは、約１０ｍｍの幅を有
し、一方別の実施例では、スロット２８ｃ及び２８ｄの
代わりに、一連の隣接する孔若しくは他の適当な構造を
用いている。一般に、スロット２８ｃ及び２８ｄは、同
じ形状であるが、スロット２８ｂは典型的にはより幅が
広い。また、図５及び図６に示すように、プレナム２８
ａ及び関連するスロット２８ｃ及び２８ｄのそれぞれ
は、所望の特定のプロセスガス流特性によって必要とな
るような異なる寸法のものであり得る。スロットの長さ
が変化すると、カバーされるウェハの領域が変化し、ス
ロットサイズは均一な被着のために最適化され得る。本
発明の全ての実施例において上述の一連の孔やスロット
を設ける目的は、十分な逆圧を発生し、反応チャンバ３
４ａに強制的に流されるプロセスガスが、チャンバ３４
ａの内側の周辺部に一様に横方向に分散するようにする
ことである。

【００３０】図９を参照すると、ウェハ５２のプロセシ
ングの間に、ハウジング２２に形成された関連する孔内
にある３本の注入ダクト３１（図面では簡単のため１つ
だけ示されている）を通して水素または他の適当なガス
が反応チャンバ３４ａ内にポンプで供給されている。ダ
クト３１のそれぞれは、プレナム３１ａの底部表面内に
形成された孔３１ｂを通して関連するプレナム３１ａに
結合されている。水素または他の適当なガスは、プレナ
ム３１ａに入るときに部分的に拡散され、第２リングプ
レート２５に形成され、概ね０．０４インチの幅を有す
る垂直チャネル３１ｃに強制的に流される。ガスは第１
チャンバ３１ｄに入り、水平チャネル３１ｅ通過して、
第２チャンバ３１ｆに入る。更に、このガスは第２チャ
ンバ３１ｆからリングプレート２４とディッシュ３２と
の間にある垂直ギャップ３１ｇを介して反応チャンバ３
４ａ内に強制的に流される。他のいくつかの実施例にお
いては、ギャップ３１ｇは、非垂直型で、水平に対して
９０°より小さい角度でウェハ５２に向けられる。要素
３１ａ〜３１ｇのそれぞれの正確な寸法は、所望のプロ
セスガス流の特性に応じて変化し得るということに注意
されたい。

【００３１】プロセスガス流とディッシュ３２との間に
挟まれて流れる、水素または他の適当なガスの流れはス
ロット２８ｄからのプロセスガスの流れを引き起こし、
図９に示すように反転して、ウェハ５２の上側表面と平
行に反応チャンバ３４ａを流れる。図９において、プロ
セスガスのガス流は実線で示されており、水素（または
他の適当なガス）のガス流は破線で示されている。従っ
て、プロセスガスは所定の角度で反応チャンバに入り、
反転して点Ｐ１においてウェハ５２上への最大の被着を
なす。次いで、プロセスガス流は、一様にならされて、
実質的に水平なガス流となり、ウェハ５２の上側表面上
を横切って流れる。この最大被着点Ｐ１のウェハ５２の
表面における相対位置は、ギャップ３１ｇから放出され
た水素または他の適当なガスの流速を調整することによ
り動かされうる。ここで、水素（または他の適当なガ
ス）の流速を上昇させると、最大被着点Ｐ１はスロット
２８ｄの方向に向かって動く。被着パターンも、スロッ
ト２８ｄの角度を変化させることによって変えることが
できる。例として、図１０及び図１１には、異なる動作
条件の下でのプロセスガスの計算上のデポ速度が、ウェ
ハ上の位置の関数で示されている。ここで等高線は、等
しいデポ速度を表している。図１０において、水素ガス
はギャップ３１ｇから約１０Ｌ／分の速度で反応チャン
バ３４ａに流入する。最大被着は、ウェハ５２の中心に
おける２つの隣接する領域Ｐ１において生ずるが、ここ
ではウェハ５２の内側部分からウェハ５２の周辺部分に
向かうにつれてデポ速度が低下している。図１１におい
て、水素ガスは、ギャップ３１ｇから約７０Ｌ／分の速
度で反応チャンバ３４ａに流入する。この場合には、最
大被着が領域Ｐ２において生じ、ウェハ５２上でスロッ
ト２８ｄから離れるにつれてデポ速度は低下する。図１
０及び図１１に示された被着パターンの差は、水素ガス
の流速の差によって生じており、水素ガスの流速が増加
すると、再循環流れはスロット２８ｄに向かって動く、
ということに注意されたい。更に、３つのギャップ３１
ｇのそれぞれに対して個別に水素ガスの流速を制御する
ことによって、最大デポ速度点が、３つの異なる領域に
おいて動かされうるのである。

【００３２】水素ガスの流速を調整することに加えて、
スロット２８ｄのそれぞれからのプロセスガスの流速
も、個別に変更することにより、ウェハ５２の異なる部
分におけるデポ速度を変化させることができる。スロッ
ト２８ｄの中心の１つ（図５におけるスロット２８ｄ
２）における流速を増加させると共に、スロット２８ｄ
の外側の２つのスロット（図５におけるスロット２８ｄ
１及び２８ｄ３）の流速を一定に維持することにより、
ウェハ５２の中央部分におけるデポ速度を増加させるこ
とができる。同様に、スロット２８ｄ１及び２８ｄ３の
外側のスロットにおける流速を増加させると共に、中央
スロット２８ｄ２の流速を一定に維持させることによ
り、ウェハ５２の外側部分におけるデポ速度を増加させ
ることが出来る。図１２及び図１３には、特定の実験デ
ータに基づいてウェハの中央部分及び外側部分における
シリコンエピタキシャル層の厚みが、スロット２８ｄの
中央のもの及び外側の２つのプロセスガスの流速をそれ
ぞれ調節することができることが示されている。図１２
において、スロット２８ｄの外側の２つのそれぞれにお
けるプロセスガスの流速は２０Ｌ／分に維持されている
が、図１３においては、スロット２８ｄの中央の１つに
おけるプロセスガスの流速が３０Ｌ／分に維持されてい
る。プロセスガスには、シリコン源（即ちトリクロロシ
ラン、ジクロロシラン、またはシラン）を含有する水素
及びドーパントガス（即ちジボラン、ホスフィンまたは
アルシン）が含まれている。何れの場合においても、直
径２００ｍｍのウェハへの８分間のエピタキシャル層の
被着を行うためにサセプタ５０は１１００℃に加熱さ
れ、ディッシュ３２は１１８０℃に加熱される。

【００３３】上述のコンパクトなガス注入システムによ
り、反応チャンバ３４ａに長い入口チャネルを設ける必
要なく、ウェハ５２の表面に近いところでプロセスガス
を均一に分散させ、所望のガス流特性に悪影響を及ぼす
ことなく、反応チャンバ３４ａをよりコンパクトにする
ことが可能となる。また、反応チャンバ３４ａへのガス
の流入を容易にする上述の要素、即ちリングプレート２
５、スペーサリング２６、及び注入ダクト２８及び３１
の何れもが、膜の被着が起こりうる反応チャンバ３４ａ
の加熱される部分に突入しておらず、不要な膜被着が防
止されている、ということに注意されたい。更に、注入
ダクト３１から反応チャンバ３４ａへの水素ガスの流れ
によってディッシュ３２の内側表面上への、ウェハ５２
に被着される材料の不要な被着が最小化される。好適実
施例においては、ガスの流速は制御されて、例えば領域
Ｐ１及びＰ２のような最大デポ速度の領域の位置によ
り、ウェハ５２上での被着物質枯渇効果が防止されてい
る。このようにして、ウェハ５２の回転により、ウェハ
５２の表面全体に亘るデポ速度を均一にすることができ
る。

【００３４】このガス注入システムは、プロセスガスが
チャンバの側部から水平なフローパターンで導入される
ようなＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ Ａ
ＳＭ社製のもののような従来のＣＶＤリアクタとは著し
く異なったものである。このような従来のシステムで
は、チャンバ全体への均一なガス流の分散を達成するた
めに長い入口チャネルが必要であった。更に、これらの
システムにおける長い入口チャネルは、典型的には加熱
される部分内にあり、これによりチャンバの内側表面へ
の不要な被着が生じることになった。一方、本発明の実
施例では、プロセスガスがギャップ２８ｄを通して所定
の角度で反応チャンバ３４ａに入ることができるように
なっている。ディッシュ３２はギャップ３１ｇからの水
素または適当なガスの流れと共に、プロセスガス流を実
質的に水平に直す。このようにして、ウェハ５２の表面
を横切るプロセスガスの均一な流れが確保されると共
に、入口の長さを最小化できるという利点が得られるの
である。

【００３５】プロセシングの際、駆動モータによりウェ
ハ５２は通常１０〜４０ｒｐｍで回転させられる。再び
図２、図５、及び図６を参照すると、プロセスガスは排
出プレナム３４ａに結合された複数のスロット３０ｂに
流入することにより、反応チャンバ３４ａから取り除か
れる。各排出プレナム３４ａは関連する排出チューブ３
０に結合されている。もちろん、別の実施例において
は、排出プレナム３０ａの数が異なる排出機構を用いる
ことができる。実質的にハウジング４２の下に来るチャ
ンバ３４の残りの部分は、反応チャンバ３４ａからそこ
に導出したプロセスガスを、例えば水素またはＨＣｌを
用いて浄化されうる。水素の代わりに適当なプロセスガ
スを用いることが可能であり、またＨＣｌは、実質的に
ハウジング４２の下に来るチャンバ３４の領域に被着し
たプロセスガスを除去するのに効果的である。

【００３６】リアクタ１０は、約１１００℃を越えうる
温度でウェハを処理する。本出願人は、リアクタ１０か
らウェハ５２を取り出す際のスリップを防止すべく、機
械式アーム（図示せず）がウェハ５２を開口１４ｃ及び
２２ａを通して取り出す前に、ウェハ５２を約７５０〜
９５０℃に制御しつつ均一に冷却するべきであることを
求めた。リアクタ１０のスループットが、ウェハ５２を
約１１５０℃以上から約８００℃までに冷ますのに必要
な時間によって影響を受けることから、ウェハ５２を均
一にできる限り素早く冷却することは有利なことにな
る。

【００３７】反応チャンバ３４ａにおいてウェハ５２を
処理した直後に、ディッシュ３２、ウェハ５２、及びサ
セプタ５０は、概ね等しい温度、即ち反応温度になって
いる。ディッシュ３２の温度は反応温度に維持されるよ
うにコイル３６への電流の供給は維持する。駆動モータ
を駆動して、ハウジング４２及びサセプタ５０のそれぞ
れを水晶プレート２０に向けて下ろす。ハウジング４２
及びサセプタ５０がディッシュ３２から離れて降ろされ
ると、ウェハ５２は冷却を開始する。ウェハ５２の中央
部から外側の周辺部に向かって径方向外向きに動かされ
ると加熱放射速度または損失が増加することから、コイ
ル４４の３つの個別に制御可能な同心の領域に対して供
給される電流のレベルは、サセプタ５０がその内側部分
よりも外側部分からの熱をより多く伝達するようにする
ことによりこの不均一な熱の損失を補償するように操作
して、これによりウェハ５２の均一な冷却を促進する。
ウェハ５２の温度が約８００℃に近づくと、スリップ問
題が生ずる可能性は著しく低くなる。サセプタ５０がチ
ャンバ３４の底部に近づくと、コイル４４への電流の供
給は減らされ、サセプタ５０はハウジング４２のシリコ
ンカーバイド層４６に密着される。ハウジング４２には
３つの孔（図示せず）が形成されており、サセプタ５０
がハウジング４２に密着されたときそこにピン５２が滑
り込み、ウェハ５２がサセプタ５０上に載置されると共
にサセプタ５０が層４６に密着した状態となる。

【００３８】この冷却プロセスの際、熱はウェハ５２か
らサセプタ５０に伝達され、更にハウジング４２の層４
６に伝えられる。層４６はコイル４４内を循環する水に
そこから熱を分散させる。このようにして、１分未満の
時間でウェハ５２を約１１００℃の反応温度から約８０
０℃まで冷却することが可能である。ウェハの中心部か
ら外側周辺部に亘って均一にウェハ５２の温度を上げ下
げし、プロセシングの際にはウェハ５２の温度を一定か
つ均一に保ち、均一にウェハ５２を冷却するようにコイ
ル３６及び４４の領域のそれぞれに供給される電流を管
理するべく、従来の制御アルゴリズムが採用されうる。

【００３９】ウェハ５２の温度が約８００℃に達する
と、ハウジング４２に形成された孔からピン５４が外れ
るだけの充分な距離だけサセプタ５０が持ち上げられ
る。次いで、サセプタ５０は回転されて、ピン５４とハ
ウジング４２に形成された孔の位置がずらされ、これに
続いてサセプタ５０は下げられて、層４６に密着する。
ピン５４の下側端部はハウジング４２の層４６の上側表
面に係合し、これによってサセプタ５０が図１に示すよ
うにウェハ５２を持ち上げた状態となる。サセプタ５０
の温度は、約８００℃以下に下げてはならず、ディッシ
ュ３２は、たとえウェハが再びロードされる際にも反応
温度に維持される。リアクタ１０の内部構成要素を所定
の最低温度に維持することにより、これらの構成要素を
反応温度に加熱する際に必要な熱の量が、最小化され、
必要なエネルギーと時間の節約となるという利点が得ら
れる。

【００４０】好適実施例においては、リアクタ１０にお
いて処理されるウェハは、初めにプレクリーニングチャ
ンバ（図示せず）において処理される。ウェハの表面上
のネイティブ酸化部分が約１分未満の時間でプレクリン
チャンバにおいて除去されうる。いくつかの実施例にお
いては、２つのリアクタ１０に供給する形態にされる。
このプレクリンチャンバは、それに関連する熱の供給を
最小化するべく低い温度で動作しうる。クリーニングの
後、ウェハはプレクリンチャンバからロボットアーム
（図示せず）により独立した移動チャンバ（図示せず）
を介してリアクタ１０の１つへ移送される。

【００４１】この分離されたプレクリーニングチャンバ
構造は、ＣＶＤリアクタのプロセスチャンバがウェハか
らのネイティブ酸化層の除去と、ウェハプロセシング、
即ちウェハ上への膜の被着との両方のために用いられる
従来の技術とは著しく異なっている。このような従来の
システムにおけるウェハのクリーニングでは、チャンバ
及びウェハは、例えば１１６０℃以上の高温にされる。
水素ガスがチャンバ内にポンプで供給され、ウェハ表面
上のネイティブ酸化層と反応して、ネイティブ酸化層が
除去される。次いで、チャンバの温度が所望のプロセシ
ング温度に下げられるのである。

【００４２】個別のプレクリーニングチャンバを用いる
ことにより、本発明による実施例では、スループットを
挙げている。というのは、このプロセスチャンバはプレ
クリーニングチャンバとして用いる必要がなく、継続的
にウェハのプロセシングのために使用することができる
からである。更に、実質的に１１６０℃より低い温度で
プレクリーニング機能を果たすことにより、本発明によ
る実施例では、関連する熱供給を減らしている。もちろ
ん、本発明の実施例ではプレクリーニングチャンバがプ
ロセスチャンバから分離されており、従って膜の成長に
は使用されないということに注意されたい。従って、こ
のプレクリーニングチャンバは、ウェハのクリーニング
のために最適化されうることになる。

【００４３】プレクリーニング処理の後、機械式アーム
がウェハを開口１４ｃ及び２２ａを通してリアクタ１０
に挿入し、ピン５４上に載置されたサセプタ５０の径方
向の中心位置にウェハを置く。この位置において、ウェ
ハ５２はサセプタ５０の表面から約１／４インチ上にあ
る。サセプタ５０の温度が前の処理の結果、約８００℃
の温度となっていることを想起されたい。従って、ウェ
ハはサセプタ５０から発せられた対照的な熱パターンを
受けることになる。スリップを最小化するべく、ウェハ
５２がリアクタ１０に挿入されピン５４上の適切な位置
に置かれるまでの時間は約１．５秒未満にすべきであ
る。次いで、サセプタ５０が上昇して前に述べたよう
に、ウェハ５２がピン５４から持ち上げられて外され、
ウェハ５２の温度が速やかに約８００℃にされる。ハウ
ジング４２及びサセプタ５０がディッシュ３２に向かっ
て持ち上げられると、コイル４４に供給される電流のレ
ベル及びそれから発せられるＲＦエネルギーは、ウェハ
５２の全ての部分が均一に反応温度に達するように操作
される。

【００４４】リアクタ１０の二重チャンバ構造により、
圧力容器と反応チャンバの双方の役目を果たすシングル
チャンバを採用していた従来のＣＶＤリアクタより優れ
た性能が得られる。このような従来のＣＶＤリアクタに
おいては、外部の大気圧に耐えられる低圧環境と共に、
基礎的なプロセスガスの流れを達成するようにチャンバ
を設計しなければならなかった。前に述べたように、低
圧環境を維持するために設計上考慮する必要があること
は、プロセスガス流の最適化という観点からは必ずしも
一致せず、このようなシングルチャンバＣＶＤリアクタ
の設計では両条件の妥協が設計上必要であった。即ち、
非コンボリュート面を有するフラット型チャンバ（即ち
ウェハの表面に対して垂直なチャンバの寸法が最小とな
っているもの）が、プロセスガス流の最適化には必要で
あったが、このようなフラット構造は著しく構造的な強
化をすることなく低圧環境を維持しえないものであっ
た。一方、低圧環境を維持するためには、丸へし型のチ
ャンバが必要であったが、これはプロセスガスのフロー
チャネルが広くなってしまうという不都合があった。上
述のように、幅の広いフローチャネルは、プロセスガス
流の流速及びウェハ上の濃度勾配に悪影響を及ぼしう
る。要するに、上述のようなウォームウォール問題を被
ってしまうことに加えて、従来のシングルチャンバＣＶ
Ｄリアクタの設計では低圧環境と均一なプロセスガス流
双方について同時に最適化することができなかったので
ある。

【００４５】従ってリアクタ１０はそれぞれその目的に
応じて設計された２つの個別のチャンバを備えている。
ベルジャー１６の設計は、反応チャンバ３４ａ内部のガ
ス流の特性に悪影響を及ぼすことなくその内部で非常に
低い圧力を維持するべく最適化されている。ベルジャー
１６は図１及び図２に示すようにドーム型の構造で、構
造的な強度は最大化されており、その内部に低圧を維持
することが可能となっている。好適実施例においては、
ベルジャー１６は約１０〜２０ｍｍの厚みで、１Ｅ／８
トル以下の非常に低い圧力を維持することができる。

【００４６】この低圧を維持する能力によりリアクタ１
０の性能が改善される。パターンのずれ及び歪みは、低
圧においては著しく低減される。更に、低圧のもとでウ
ェハのプロセシングを行うと、ウェハへの材料の被着を
より低い温度で行うことが可能となり、これによりウェ
ハのスリップ即ちシリコンウェハの結晶構造に沿った破
壊防止に役立ち、関連する熱供給を減らすことができ
る。

【００４７】反応チャンバ３４ａは圧力容器の内部に完
全に包入されておりそれと同じ圧力にされている。また
その内部と外部との間の大きな圧力差に耐える必要はな
くなっている。従って、反応チャンバ３４ａは、ドーム
型である必要はなく、ウェハ５２を横切る最適なガス流
が可能な幾何学的形状とすることができるのである。こ
のため、ウェハ５２が上述の図２に示すプロセシング位
置に持ち上げられたとき、反応チャンバ３４ａは、薄い
ホットケーキ型の形状となり、薄い流れチャネルを有す
ることによって、反応チャンバ３４ａを通過するガス流
の流速を最大化できるという利点が得られる。

【００４８】本出願人は、ウェハ５２を横切る高速のプ
ロセスガス流を達成すべく、反応チャンバ３４ａのウェ
ハ５２とディッシュ３２との間の高さは約１／２〜３／
８インチであり得ることを決定した。しかし、他の実施
例では、この特定の目的に対応する異なる高さの範囲が
対応されうる。高さのより高い反応チャンバでは、必要
なガスの速度を維持するためにより大きなガス流が必要
となり、デポ速度は低くなりうる。一方、より低い高さ
を有する反応チャンバでは、デプリーション層の境界が
合わさってしまい、非均一な被着がなされることになり
うる。

【００４９】反応チャンバ３４ａにおけるプロセスガス
を圧力容器から隔離することにより、いくつかの利点が
得られる。第１に、ウェハ５２上への様々な層の形成に
用いられるプロセスガスが領域１２に入ることが防止さ
れ、ベルジャー１６の壁に被着することが無くなる。こ
の結果、ベルジャー１０の内部壁でのクリーニングを頻
繁に行う必要が無くなり、時間の節約となり処理コスト
が低下する。更に、プロセスガスがベルジャー１６の壁
に被着しないことから、誘導コイル３６よりも加熱ラン
プを用いている実施例におけるベルジャー１６の壁を通
しての熱伝達効率が、ウェハプロセシングの間に悪影響
を受けないとになる。

【００５０】第２に、反応チャンバ３４ａを圧力容器か
ら隔離することにより、リアクタ１０がウェハ５２上へ
の薄いエピタキシャル膜の形成のみならず厚いエピタキ
シャル膜の形成もできることになる。上述のように、従
来の放射状ウォームウォールＣＶＤチャンバの壁にはウ
ェハプロセシングの際に不要なプロセスガスの被着が生
じていた。ウェハ上に１００ミクロン以上の厚みの膜を
形成する際には、ウォームウォール壁にもかなりの被着
が生じうる。水晶壁に被着したシリコンは、放射熱源か
ら形成された熱を吸収しうる。この吸収された熱は水晶
壁の温度を更に高め、水晶壁へのシリコンの被着速度も
更に高まることになる。従って、リアクタ壁へのデポレ
ートが上昇する一方で、ウェハ温度及びウェハ上の局部
的なデポ速度が下がる。これに対して、本発明の場合に
は、ディッシュ３２の内側表面上を覆う被膜の厚みは、
それを通しての熱伝達には影響を与えない。従って、デ
ィッシュ３２の内側表面上にたとえ１００ミクロンの厚
みの層が形成されても、ディッシュ３２を通しては誘導
コイル３６からウェハ５２に伝達されるエネルギーの量
は著しい影響は受けない。

【００５１】プロセシングの際ウェハ５２を黒体キャビ
ティ（反応チャンバ３４ａ）内に置くことにより、ウェ
ハ５２の温度の測定をより正確に行うことができるとい
う利点も得られる。ウェハ５２は反応チャンバ３４ａの
壁との熱平衡状態に速やかに達することから、ウェハ５
２の温度は、反応チャンバ３４ａの壁の外部の温度を測
定することにより求めることができる。リアクタ１０の
リアルチャンバ型のものでは領域１２を形成する表面上
への不要なプロセスガスの被着が防止されているという
ことを想起されたい。従って、ウェハ５２の放射率とは
異なり、反応チャンバ３４ａの壁の外部の放射率は、ウ
ェハ５２のプロセシングの際に予測可能である。このよ
うにして、ウェハ５２の温度は、放射率の変化とは無関
係に求めることができ、従ってウェハ５２の温度をより
精度を高めて求めることが可能となるのである。これ
は、ウェハ上に材料の層が形成されるにつれて変化し得
る、ウェハ５２の温度の直接的な測定をはかっている従
来のＣＶＤリアクタと大いに異なる点である。

【００５２】更に、他のＣＶＤリアクタに一般に用いら
れている反応チャンバと比較して単純な形状のチャンバ
３４ａにより、チャンバ３４ａのクリーニングが簡単に
なり速やかに行うことが可能となる。実際、本出願人
は、チャンバ３４ａのクリーニングを、ＨＣｌを用いて
３０秒未満で行いうることを発見した。これに対し、通
常の放射性加熱式ＣＶＤリアクタのチャンバのクリーニ
ングには３分程度は時間がかかる。

【００５３】上に説明し図面にも示したものにはＲＦ加
熱コイルを使用していたが、他の実施例におけるリアク
タ１０では、放射性加熱式システムのような他の加熱シ
ステムを使用することも可能でありこの場合でも上述の
利点は実現できる。

【００５４】本発明による他の実施例は、図１４及び図
１５に示されている。リアクタ１００は、低圧環境１０
４を保持する円筒形透明水晶製圧力容器１０２支持する
ステンレス鋼製（簡単なため図３においてのみ示されて
いる）を含む。この圧力環境１０４は、圧力環境１０４
の内部には、本体部１０２によりその周辺部が支持され
ている逆向き上側プレート１０６と下側プレート１０７
が設置されている。上側プレート１０６及び下側プレー
ト１０７は、好ましくはグラファイト製若しくはシリコ
ンカーバイド製の何れかである。容器１０２と上側プレ
ート１０６のそれぞれに内合わせされた開口１０８を形
成することにより、１又は２以上の排出チューブ１１０
をそれに通し、本体部１０２と上側プレート１０６のそ
れぞれに開口１１２を位置合わせして形成することによ
り、１又は２以上のプロセスガス注入チューブ１１４を
通すことができる。

【００５５】３本のアーム１１８に結合されたシャフト
１１６を含むグラファイト製の支持体は、サセプタ１１
６を位置決めし回転させるべく設けられる。好ましくは
グラファイト製のサセプタ１１５は、アーム１１８に被
着され、ウェハ１０２を支持する。サセプタ１１５に
は、図１４に示すように凹部１１５ａ及び中心の開口部
を設けてもよく、若しくは図３Ａ及び図３Ｂに示すサセ
プタ５０に類似した構造としてもよい。何れの実施例に
おいても、サセプタ１１５は、リアクタ１１０内のウェ
ハ１０２を適切に中央部に位置させ、それと共にウェハ
１０２への熱伝達のぶれを最小化する。シャフト１１６
は容器１０２の開口を通過しており、図１５に示すよう
に、容器１０２に固定されたケーシング１２２を介し
て、従来通りの方法で駆動モータ１２１に機能的に結合
されている。駆動モータ１２１は容器１２０内で支持体
１１６を昇降させることができ、かつＣＶＤプロセシン
グに適切なスピードで支持体１１６（ひいてはウェハ１
２０）を回転させることができる任意のものを用いるこ
とができる。

【００５６】一実施例においては、水晶の層が容器１０
２の内側表面に設けられ、これにより容器１０２の下側
に位置するランプハウジング１２４から放射される熱エ
ネルギーからステンレス鋼製フレーム１０１を絶縁して
いる。また、一実施例においては、ランプハウジング１
２４が、それぞれ複数のアーク型アルゴンランプ１２４
ａを有している。ランプ１２４ａはフィラメントを有し
ておらず、フィラメント型のランプよりより低コストで
作動条件を維持される。周知の方法で容器１０２の外側
の周辺部の３つの個別に制御される領域に配置された複
数の加熱ランプ（図示せず）が、ディッシュ１０６を介
して間接的にウェハ１２０を加熱する。これらの容器１
０２の外周部に配置された加熱ランプは、ランプハウジ
ング１２４と共に、放射熱で、上側プレート１０６、下
側プレート１０７及びサセプタ１１５を加熱し、サセプ
タ１１５は、黒体キャビティに近づけることにより、ウ
ェハ１２０を均一に加熱する。

【００５７】ウェハ１２０はリアクタ１００内で以下の
ように処理される。初めに、ウェハ１２０が、ロボット
アーム（通常のデザインのもので、ここでは単純化のた
め図示していない）により、容器１０２に形成された開
口１２６を通して容器１０２に挿入され得るように、支
持体１１６がローディング位置（図示せず）に来る。駆
動モータ１２１は、図１５に示すように、支持体１１６
及びウェハ１２０をプロセシング位置に持ち上げるべく
作動される。プロセシング位置において、上側プレート
１０６、下側プレート１０７、ウェハ１２０、及びサセ
プタ１１５は、圧力容器１０２内部に反応チャンバ１２
８を形成し、これは上述のように黒体キャビティに近い
ものである。

【００５８】ウェハ１２０のプロセシングの間に、プロ
セスガスは適当なガス注入システム、例えば上述のよう
なものや従来より周知のシステムにより、１又は２以上
の吸気チューブ１１４（図１４参照）を通して反応チャ
ンバ１２８内に注入される。反応チャンバ１２８はリア
クタ１０の反応チャンバ３０４ａに類似したもので（図
１及び図２参照）、矢印１３３によって示されているよ
うな狭い高さ方向に寸法を有し、これにより反応チャン
バ１２８内のプロセスガスの最適な流れを確保してい
る。

【００５９】ランプ１２４ａに電流が供給されて、ウェ
ハ１２０を間接的に所望の反応温度まで加熱する。反応
チャンバ１２８が近づけられた黒体キャビティは、これ
らのランプを用いてウェハ１２０の表面全体に均一性の
高い温度を保てるようになっている。いくつかの実施例
においては、ランプ１２４ａが多数の独立に制御される
加熱ゾーンに配置されうる。一実施例においては、ラン
プ１２４ａのそれぞれが、１５０〜２００キロワットの
もので、これによりウェハ１２０の表面積よりずっと広
い面積を加熱できるようになっている。このようにし
て、ウェハ１２０全体が、加熱ゾーンのいわゆる「スイ
ートスポット」の内部にて、ウェハ１２０の外縁部にお
けるエッジ効果の影響が最小にされている。

【００６０】プロセシングの間、水素ガスまたは他の適
当なガスは、通常の方法を用いて反応チャンバ１２８内
に空間１３０を通して押しやられて、プロセスガスが反
応チャンバ１２８から逃げ、サセプタ１１８の下の領域
に流れないようにしている。

【００６１】反応チャンバ１２８は、圧力容器１０２に
よって支持されている。領域１０４の内部に完全に包入
され、かつ隔離されており、ウェハ１２０のプロセシン
グの間に、反応チャンバ１２８内のプロセスガスの流れ
が容器１０２と接触しないようになっているということ
に注意されたい。従って、個別に分けられた反応チャン
バ１２８及び圧力チャンバ１０４、リアクタ１００によ
り、上述のリアクタ１０に関連して説明したものと類似
した利点が得られる。特に重要なことは、圧力容器１０
２及び反応チャンバ１２８が、これらの目的の機能に合
わせて最適化されるように独立して設計され得るという
ことである。従って、容器１０２は、低圧に対する耐性
を持つだけの強度に関して最適化され、それと同時に反
応チャンバ１２８はウェハ１２０上に層を形成するのに
用いられるプロセスガスの流れの特性を最適化するよう
に設計されうるのである。このようにして、リアクタ１
００は、低圧に対する耐性を持つと共に、ガス流の特性
を最適化しなければならないシングルチャンバを有する
従来のリアクタより優れた性能を達成しているのであ
る。更に、プロセスガスは、チャンバ壁１０２に接触し
ないようにされており、そこに材料の被着が生じること
はない。圧力容器１０２の壁への被膜の被着が防止され
ていることから、クリーニングにかかる時間を節約で
き、ウェハのスループットを増加できるのである。

【００６２】本発明の特定の実施例について説明してき
たが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更及
び改良をなし得ることは当業者には明らかであろう。

【００６３】

【発明の効果】以上より、本発明に基づき、低圧条件下
での処理のための圧力容器と、最適なプロセスガス流を
形成することに最適化された反応チャンバとを別々に設
けることにより、チャンバ壁に形成された被膜のクリー
ニング処理の必要性が最小化され、かつ被着の均一性を
高めてスループットを高めたＣＶＤリアクタ用ガス注入
システム及び方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるＣＶＤリアクタの断面
図であって、サセプタが、ウェハが導入できる下側位置
にあるところが示されている。

【図２】図１のＣＶＤリアクタを、図１の断面とは垂直
な方向で切った断面図であって、サセプタが、ウェハの
プロセシングができる上側位置にあるところが示されて
いる。

【図３】Ａ及びＢよりなり、それぞれ本発明の一実施例
によるウェハサセプタの断面図である。

【図４】本発明によるプロセスガス注入システムの断面
図である。

【図５】図１及び図２のリアクタの要素２５の平面図で
ある。

【図６】図１及び図２のリアクタの要素２６の平面図で
ある。

【図７】図４の分散プレート２８Ｂの平面図である。

【図８】エピタキシャル層の厚みに対して図７の分散プ
レートが及ぼす影響を示したグラフである。

【図９】リアクタ１０のガス流パターンの特性を示した
断面図である。

【図１０】計算されたデポ速度を、本発明の実施例によ
り処理されたウェハ上の関数として示した図である。

【図１１】計算されたデポ速度を、本発明の実施例によ
り処理されたウェハ上の関数として示した図である。

【図１２】様々なプロセスガスの流速がエピタキシャル
層の厚みに与える影響を示したグラフである。

【図１３】様々なプロセスガスの流速がエピタキシャル
層の厚みに与える影響を示したグラフである。

【図１４】本発明の別の実施例による円筒形リアクタの
軸線に沿った断面図である。

【図１５】図１４のリアクタの直径方向に切った断面図
である。

【符号の説明】

１０ ＣＶＤリアクタ １２ 容積部分 １４ 外側ハウジング １６ ベルジャー １８ Ｏリング ２０ 水晶プレート ２２ 内部ハウジング ２４ リングプレート ２５ リングプレート ２６ スペーサリング ２８ 注入ダクト ２８ａ プレナム ２９ 孔 ３０ 排出ダクト ３１ 注入ダクト ３２ ディッシュ ３４ 容積部分 ３６ 誘導コイル ３８ 拡散プレート ４０ チューブ ４２ 環状水晶ハウジング ４４ 誘導コイル ４６ シリコンカーバイド層 ４８ シャフト ５０ サセプタ ５２ ウェハ ５４ ピン １００ リアクタ １０１ フレーム １０２ 圧力容器 １０４ 低圧環境領域 １０６ 上側プレート １０７ 下側プレート １０８ 開口 １１０ 排出チューブ １１２ 開口 １１４ 注入チュープ １１５ サセプタ １１６ シャフト １１８ アーム １２０ ウェハ １２１ 駆動モータ １２２ ケーシング １２４ ランプハウジング １２６ 開口 １２８ 反応チャンバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート・ディー・マイロ アメリカ合衆国カリフォルニア州95370・ ソノラ・カークアランレイン 14338 (72)発明者 マエッシュ・ケイ・サンガネリア アメリカ合衆国カリフォルニア州94086・ サニーベイル・＃612・アノヌエボアベニ ュー 395 (72)発明者 スアレス・デルソーラー アメリカ合衆国カリフォルニア州94602・ オークランド・リーマートブールバード 2536

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェハのプロセシングがなされる反応
   チャンバに１又は２以上のプロセスガスを注入するガス
   注入システムであって、 前記反応チャンバの下側表面の第１部分に形成された１
   又は２以上の第１スロットと、 前記１又は２以上の第１スロットと前記反応チャンバの
   側壁との間に挟まれる位置に配置された、前記反応チャ
   ンバの下側表面の第２部分に形成された１又は２以上の
   第２スロットとを有することを特徴とし、 第１ガスが前記１又は２以上の第２スロットを通して、
   前記ウェハの方に向けて流れるように前記反応チャンバ
   に注入され、前記１又は２以上のプロセスガスが、前記
   １又は２以上の第１スロットを通して、前記反応チャン
   バに注入されることを特徴とし、 前記第１ガスが、前記１又は２以上のプロセスガスの流
   れの方向を変えて、前記ウェハと実質的に平行な流れパ
   ターンをなすようにする役目を果たすことを特徴とする
   ガス注入システム。
2. 【請求項２】 前記１又は２以上の第１スロット及び
   前記１又は２以上の第２スロットが同一表面上に形成さ
   れることを特徴とする請求項１に記載のガス注入システ
   ム。
3. 【請求項３】 前記第１スロットに隣接した位置に設
   けられた熱源を更に有することを特徴とし、 前記１又は２以上のプロセスガスが前記反応チャンバに
   入る前に、前記１又は２以上のプロセスガスが前記熱源
   により予備加熱されることを特徴とする請求項１に記載
   のガス注入システム。
4. 【請求項４】 前記１又は２以上の第１スロットに対
   して垂直な位置に設けられた１又は２以上の拡散プレー
   トを更に有することを特徴とし、 前記１又は２以上のプロセスガスが前記反応チャンバに
   入る前に、前記１又は２以上の拡散プレートが前記１又
   は２以上のプロセスガスを拡散させることを特徴とする
   請求項１に記載のガス注入システム。
5. 【請求項５】 前記１又は２以上の拡散プレートが、
   前記１又は２以上の第１スロットの下に配置されること
   を特徴とする請求項４に記載のガス注入システム。
6. 【請求項６】 前記１又は２以上の拡散プレートのそ
   れぞれが、複数の開口を有していることを特徴とする請
   求項４に記載のガス注入システム。
7. 【請求項７】 前記１又は２以上のプロセスガスが、
   前記１又は２以上の第２スロットのうち２つ以上を通し
   て前記反応チャンバに注入され、各スロットを通過する
   前記プロセスガスの流速が別のスロットを通過するガス
   の流速とは無関係な一定の流速であることを特徴とする
   請求項１に記載のガス注入システム。
8. 【請求項８】 前記第１ガスが、前記１又は２以上の
   第１スロットのうち２つ以上を通して前記反応チャンバ
   に注入され、各スロットを通過する前記第１ガスの流速
   が別のスロットを通過するガスの流速とは無関係な一定
   の流速であることを特徴とする請求項１に記載のガス注
   入システム。
9. 【請求項９】 ウェハのプロセシングがなされる反応
   チャンバに１又は２以上のガスを注入するガス注入方法
   であって、 前記反応チャンバの下側表面に１又は２以上の第１スロ
   ットを形成する過程と、 前記反応チャンバの下側表面
   の前記第１スロットとは別の部分に、前記１又は２以上
   の第１スロットと前記反応チャンバの側壁との間に挟ま
   れる位置に配置された１又は２以上の第２スロットを形
   成する過程と、 前記１又は２以上の第２スロットを通して、前記ウェハ
   の方に向けて流れるように前記反応チャンバに第１ガス
   を注入する過程と、 前記１又は２以上の第１スロットを通して、前記反応チ
   ャンバに前記１又は２以上のプロセスガスを注入する過
   程と、 前記１又は２以上のプロセスガスが前記ウェハの上側表
   面と実質的に平行な流れパターンをなすように、前記第
   １ガスで前記１又は２以上のプロセスガスの流れの方向
   を変える過程とを有することを特徴とするウェハのプロ
   セシングがなされる反応チャンバに１又は２以上のガス
   を注入するガス注入方法。
10. 【請求項１０】 前記１又は２以上の第２スロット
    が、前記１又は２以上の第１スロットと同一の表面上に
    形成されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記１又は２以上のプロセスガスが
    前記反応チャンバに入る前に、前記１又は２以上のプロ
    セスガスを予備加熱する過程を更に有することを特徴と
    する請求項９に記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記１又は２以上のプロセスガスが
    前記反応チャンバに入る前に、前記１又は２以上のプロ
    セスガスを拡散させる過程を更に有することを特徴とす
    る請求項９に記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記１又は２以上の第１スロットの
    それぞれに対して垂直な１又は２以上の第３スロットを
    形成する過程を更に有することを特徴とし、前記１又は
    ２以上のプロセスガスが前記反応チャンバに入る前に、
    前記１又は２以上の第３スロットが前記１又は２以上の
    プロセスガスを拡散させることを特徴とする請求項９に
    記載の方法。
14. 【請求項１４】 前記１又は２以上の第３スロットが
    前記１又は２以上の第１スロットのそれぞれの下に形成
    されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 【請求項１５】 前記１又は２以上の第１スロットの
    うち２つ以上のそれぞれを通して流れる前記１又は２以
    上のプロセスガスの流速を調節する過程を更に有するこ
    とを特徴とする請求項９に記載の方法。
16. 【請求項１６】 前記１又は２以上の第２スロットの
    うち２つ以上のそれぞれを通して流れる前記第１ガスの
    流速を調節する過程を更に有することを特徴とする請求
    項９に記載の方法。
17. 【請求項１７】 ウェハのプロセシングがなされる反
    応チャンバに１又は２以上のガスを注入するガス注入方
    法であって、 前記ウェハの方に向けて流れるように前記反応チャンバ
    に第１ガスを注入する過程と、 前記反応チャンバに前記１又は２以上のプロセスガスを
    注入する過程と、 前記１又は２以上のプロセスガスが前記ウェハの上側表
    面と実質的に平行な流れパターンをなすように、前記第
    １ガスで前記１又は２以上のプロセスガスの流れの方向
    を変える過程とを有することを特徴とするウェハのプロ
    セシングがなされる反応チャンバに１又は２以上のガス
    を注入するガス注入方法。
18. 【請求項１８】 前記１又は２以上のプロセスガスが
    前記反応チャンバに入る前に、前記１又は２以上のプロ
    セスガスを予備加熱する過程を更に有することを特徴と
    する請求項１７に記載の方法。
19. 【請求項１９】 前記１又は２以上のプロセスガスが
    前記反応チャンバに入る前に、前記１又は２以上のプロ
    セスガスを拡散させる過程を更に有することを特徴とす
    る請求項１７に記載の方法。
20. 【請求項２０】 前記１又は２以上の第１スロットの
    うち２つ以上のそれぞれを通して流れる前記１又は２以
    上のプロセスガスの流速を調節する過程を更に有するこ
    とを特徴とする請求項１７に記載の方法。
21. 【請求項２１】 前記１又は２以上の第２スロットの
    うち２つ以上のそれぞれを通して流れる前記第１ガスの
    流速を調節する過程を更に有することを特徴とする請求
    項１７に記載の方法。