JPH10273391A

JPH10273391A - エピタキシャル成長炉

Info

Publication number: JPH10273391A
Application number: JP9275597A
Authority: JP
Inventors: Masanori Mayuzumi; 雅典黛; Masato Imai; 正人今井; Kazutoshi Inoue; 和俊井上; Shinji Nakahara; 信司中原
Original assignee: Super Silicon Crystal Research Institute Corp
Current assignee: Super Silicon Crystal Research Institute Corp
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウエハに対する熱による悪影響の排
除、半導体ウエハへの金属不純物やパーティクル等の付
着の防止、半導体ウエハの裏面の薄膜形成の防止によ
り、高品質なエピタキシャルウエハを製造する。【解決手段】半導体単結晶から切り出された半導体ウ
エハ基板を予め定めた基準位置に設置して所定の反応温
度まで加熱した状態で反応ガス雰囲気に保持することに
よりエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長炉に
おいて、前記基準位置で前記半導体ウエハ基板が浮上し
た状態で保持されるように、前記半導体ウエハ基板の裏
面に対して保持ガスを噴射させる保持ガス噴射手段を備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ基板
を浮上した状態でエピタキシャル成長させて高品質なエ
ピタキシャルウエハを製造することができるエピタキシ
ャル成長炉に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体単結晶から切り出された半導体ウ
エハに単結晶薄膜を成長させるエピタキシャル成長は、
一般的に次のように行われている。

【０００３】先ず、単結晶引上げ法等により製造された
半導体単結晶、例えばシリコン単結晶から半導体ウエハ
を切り出し、この半導体ウエハの表面を研磨する。そし
て、研磨により仕上げられた半導体ウエハを、所定の余
熱温度（約６００〜８００℃）に加熱されたエピタキシ
ャル成長炉内に挿入する。このとき、半導体ウエハは、
エピタキシャル成長炉内のカーボン製のサセプタ等の半
導体ウエハ基板を部分的に支持する基板支持台上に載置
される。

【０００４】次に、エピタキシャル成長炉内に、予め定
められた基準ガス、例えば水素ガス（Ｈ２）を充填し、
半導体ウエハ基板を基板支持台で部分的に支持した状態
で、所定の温度（約１００〜１２００℃）まで加熱す
る。これにより、半導体ウエハ基板の表面に形成されて
いる酸化膜は、水素による還元作用で除去される。その
後、エピタキシャル成長炉内にＳｉＨ₄、ＳｉＨＣｌ₃
等のＳｉを含んだ反応ガスを注入し、所定の反応温度
（約１１００℃）まで加熱する。このとき、反応ガスに
よる還元又は熱分解によって、半導体ウエハ上にシリコ
ンが析出して単結晶薄膜が成長し、エピタキシャル成長
した半導体ウエハ（以下、「エピタキシャルウエハ」と
いう。）が製造される。

【０００５】このように、従来のエピタキシャル成長炉
では、半導体ウエハを基板支持台の上に直接設置し、基
板支持台により部分的に支持しながら半導体ウエハの加
熱を行い、エピタキシャル成長させていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
エピタキシャル成長炉は、次のような問題点がある。半
導体ウエハは、ロボットハンド等のウエハ搬送器具に支
持されてエピタキシャル成長炉内に移動され、基板支持
台上に載置されるため、基板支持台との接触時にキズが
生じ、このキズが転位等の欠陥の発生原因となる場合が
ある。

【０００７】また、半導体ウエハは、直接基板支持台上
に載置されるため、半導体ウエハの裏面の基板支持台と
の接触部分で、金属不純物やパーティクル（微粒子物）
等が付着してしまう場合がある。このような付着物は、
デバイスパターン形成時の不良原因となったり、半導体
デバイスの電気的特性等に悪影響を及ぼすという問題が
ある。

【０００８】また、エピタキシャル成長炉内は、半導体
ウエハは、高温に加熱されるため、基板支持台で部分的
に支持された半導体ウエハは、基板支持台との接触部分
から熱が伝導される。このため、半導体ウエハは、基板
支持台からの急激な熱伝導による温度変化の熱影響があ
る。例えば、ウエハ自体の急激な熱変化による変成や、
基板支持台との部分的接触部分とそれ以外の部分での熱
影響分布が一定でなくなるため、部分的な温度差によ
り、半導体ウエハ内に欠陥が生じたり、時にはウエハの
ひびや割れ等の問題が生ずる場合がある。

【０００９】更に、半導体ウエハは、基板支持台で部分
的に支持されているため、基板支持台との非接触部分で
は、エピタキシャル成長時にエピタキシャル成長炉に供
給される反応ガスが、半導体ウエハの裏面に回り込む場
合がある。このため、半導体ウエハの表面のみならず裏
面までが反応ガスと反応し、エピタキシャル成長あるい
はポリシリコン成長して、いわゆる裏面デポが形成され
てしまうという問題がある。

【００１０】ところで、近年、直径４００ｍｍ以上のい
わゆる大口径半導体ウエハを製造することが試みられて
いる。このような大口径半導体ウエハは、熱伝導なども
口径が大きい分だけ遅くなるので、小口径の半導体ウエ
ハより熱等による悪影響が大きくなり、加熱等により割
れや欠陥が生じやすいという性質がある。

【００１１】さらに、半導体ウエハが大口径になると、
それだけ金属不純物やパーティクルなどが付着する面積
も大きくなるので、小口径の半導体ウエハでは問題とな
らなかったようなゴミや、汚れ、傷等が目立つようにな
り、新たな障害となってくる。このように、従来のエピ
タキシャル成長炉では、大口径のエピタキシャルウエハ
の製造が困難であるという問題もある。

【００１２】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、半導体ウエハに対する熱による悪影響
を少なくしたエピタキシャル成長炉を提供することを主
な目的とする。また、本発明の別の目的は、半導体ウエ
ハへの金属不純物やパーティクル等の付着を防止するこ
とができるエピタキシャル成長炉を提供することであ
る。本発明の別の目的は、半導体ウエハの裏面の薄膜形
成（裏面デポ）を防止することができるエピタキシャル
成長炉を提供することである。本発明の別の目的は、半
導体ウエハにキズ等による転位等の欠陥の生じない高品
質なエピタキシャルウエハを製造できるエピタキシャル
成長炉を提供することである。本発明の別の目的は、大
口径の半導体ウエハに適したエピタキシャル成長炉を提
供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、半導体単結晶から切り出さ
れた半導体ウエハ基板を予め定めた基準位置に設置して
所定の反応温度まで加熱した状態で反応ガス雰囲気に保
持することによりエピタキシャル成長させるエピタキシ
ャル成長炉において、前記基準位置で前記半導体ウエハ
基板が浮上した状態で保持されるように、前記半導体ウ
エハ基板の裏面に対して保持ガスを噴射させる保持ガス
噴射手段を備えたことを特徴とする。

【００１４】本発明は、保持ガス噴射手段により、半導
体ウエハ基板（以下、「半導体ウエハ」という。）を基
準位置で浮上した状態で保持することにより、半導体ウ
エハへの金属不純物やパーティクル等の付着を防止し、
半導体ウエハに対する熱による悪影響を少なくすること
ができるエピタキシャル成長炉を提供するものである。
「半導体ウエハ基板が浮上した状態」とは、少なくとも
半導体ウエハの裏面部が他の部材と接触していない状態
をいい、このため、本発明では半導体ウエハの裏面部に
保持ガスを噴射させ、半導体ウエハを浮上させている。

【００１５】従って、半導体ウエハは、エピタキシャル
成長炉内部に搬入する際に、保持ガスの噴射流が通過す
る基準位置に移動すればよく、サセプタ等の基板支持台
に載置する必要はない。このため、従来のエピタキシャ
ル成長炉のように、基板支持台への載置の際の衝撃を受
けることはなく、半導体ウエハにキズによる転位等の欠
陥が生じることを防止することができる。

【００１６】また、半導体ウエハの裏面は、エピタキシ
ャル成長炉内で基板支持台等の部材と接触しないで保持
されるため、従来のエピタキシャル成長炉のように、加
熱時に、半導体ウエハの基板支持台等の支持部分から熱
伝導されることはない。このため、半導体ウエハは、熱
伝導による温度変化による熱影響分布を一定に保持する
ことができ、熱の悪影響による欠陥及びひび割れ等の生
じないエピタキシャルウエハを製造することができる。

【００１７】また、半導体ウエハは、他の部材と直接接
触することはないため、他の部材からの金属不純物やパ
ーティクルが付着することはなく、半導体特性の優れた
エピタキシャルウエハを製造することができる。

【００１８】尚、半導体ウエハを搬送した設置する基準
位置は、反応ガスを供給することにより、半導体ウエハ
をエピタキシャル成長させることができる位置であれ
ば、特に限定されるものではなく、エピタキシャル成長
炉内の任意の位置とすることができる。しかし、半導体
ウエハの表面に均一な薄膜形成をさせるため、所定濃度
の反応ガスが半導体ウエハ表面に対して層流となるよう
に流れる位置に基準位置を定めることが好ましい。

【００１９】本発明に係るエピタキシャル成長炉の加熱
手段は、少なくとも基準位置で浮上した状態で保持され
る半導体ウエハを所定の反応温度に加熱できるものであ
れば、その構成は特に限定されるものではない。基準位
置で浮上した状態の半導体ウエハが所定の反応温度まで
加熱されれば、反応ガスを供給することでエピタキシャ
ル成長が可能となるためである。

【００２０】保持ガス噴射手段として半導体ウエハの裏
面に噴射する保持ガスは、エピタキシャル成長炉内のガ
ス雰囲気に影響を与えないものであれば、その構成は特
に限定されるものではない。例えば、保持ガスとして、
エピタキシャル成長炉内の基準ガスとして一般的に用い
られている水素（Ｈ２）ガスを用いることができる。エ
ピタキシャル成長炉内の基準雰囲気を構成するガスと同
じ組成のガスを保持ガスとして用いれば、炉内雰囲気を
維持できるためである。この場合には、エピタキシャル
成長炉内に反応ガスを供給する前に、水素ガスで半導体
ウエハ表面に形成された酸化膜を還元させることによ
り、酸化膜を除去することができるため、均一なエピタ
キシャル成長を行うことができるという利点がある。

【００２１】このような保持ガス噴射手段は、保持ガス
を半導体ウエハの裏面に対して噴射し、半導体上ウエハ
を基準位置で浮上させて保持できるものであれば、その
構成は特に限定されるものではない。例えば、保持ガス
噴射手段を、前記基準位置にエピタキシャル成長炉の底
面に設けたガス噴出口と、このガス噴出口に対し保持ガ
スを供給して噴射させるガスボンベ等とにより構成する
ことができる。

【００２２】また、この場合に、複数のガス噴出口を設
けることもできる。また、複数のガス噴出口から噴出さ
せるガスの半導体ウエハ裏面に対する噴出角度を異なら
せて、半導体ウエハに回転力を作用させ、浮上状態の半
導体ウエハをその場で回転させるように構成することも
できる。この場合には、半導体ウエハの表面は回転しな
がら反応ガスと反応することができるため、半導体ウエ
ハの表面により均一な薄膜を形成させることができる。

【００２３】また、本発明では、半導体ウエハを浮上し
た状態で保持するとともに、基準位置から移動しないよ
うに保持するウエハ保持手段を更に設けてもよい。この
場合には、例えば、エピタキシャル成長炉内のガス流の
影響で半導体ウエハが基準位置から側方へ移動すること
を防止することができる。例えば、ウエハ保持手段とし
て、浮上状態の半導体ウエハの表裏面には接触せず側面
の一部または全部を包囲する、または側面の一部または
全部と接する保持部を設けることができる。エピタキシ
ャル成長炉から半導体ウエハが浮上して搬送されるよう
に構成した場合において、ウエハ保持手段を半導体ウエ
ハの側面の一部を包囲する保持部とした場合には、この
保持部をウエハの搬送を停止するストッパーとしても用
いることができるという利点がある。

【００２４】本発明のエピタキシャル成長炉は、半導体
ウエハ表面に薄膜形成を行うものであればよく、例え
ば、毎葉型炉、横型炉、パンケーキ型炉等に応用するこ
とができる。また、本発明を炉内で同時に複数の半導体
ウエハの薄膜形成を行うエピタキシャル成長炉に応用す
る場合は、各半導体ウエハごとに複数の保持ガス噴射手
段を設けることができる。

【００２５】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
エピタキシャル成長炉において、前記エピタキシャル成
長炉内の前記基準位置に保持された半導体ウエハ基板に
対して前記反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前
記半導体ウエハ基板が、前記エピタキシャル成長炉内で
前記所定の反応温度まで加熱された状態で、前記反応ガ
ス供給手段から前記反応ガスを前記半導体ウエハ基板上
に供給する反応ガス制御手段とを更に備えたことを特徴
とする。

【００２６】本発明では、前記保持ガス噴射手段により
半導体ウエハを浮上させた状態で、反応ガス供給手段及
び反応ガス制御手段により、半導体ウエハをエピタキシ
ャル成長させているため、請求項１と同様に、半導体ウ
エハに金属不純物及びパーティクル等が付着することを
防止することができる。また、半導体ウエハは、熱伝導
による温度変化による熱影響分布を一定に保持すること
ができる。

【００２７】また、本発明では、保持ガス噴射手段によ
り、保持ガスが半導体ウエハの裏面に噴射されているた
め、反応ガス供給手段により反応ガスが半導体ウエハに
供給された場合でも、保持ガス噴射手段による保持ガス
の噴射流が、半導体ウエハの裏面に回り込もうとする反
応ガスを遮断する。このため、半導体ウエハの裏面に反
応ガスが回り込んで接触することはない。従って、半導
体ウエハの裏面が反応ガスと反応することはなく、裏面
に薄膜（デポ）が形成されることを防止することができ
る。

【００２８】尚、反応ガス供給手段は、例えばＳｉ
Ｈ₄、ＳｉＨＣｌ₃等のＳｉを含んだ反応ガスを半導体
ウエハ表面と接触させるように供給するもの、言い換え
ると、少なくとも半導体ウエハの表面側の領域（空間）
をエピタキシャル成長可能な反応ガス雰囲気で維持でき
るような構成のものであれば、その構成は特に限定され
るものではない。例えば、反応ガス供給手段を、エピタ
キシャル成長炉の任意の位置に設けた反応ガス噴射ノズ
ルと、エピタキシャル成長炉外に設けた反応ガス貯蔵用
のガスボンベとにより構成することができる。また、反
応ガス供給手段は、半導体ウエハに均一な薄膜を形成す
るため、反応ガスが半導体ウエハに対し層流となるよう
に反応ガスを供給することが好ましい。

【００２９】また、反応ガス制御手段は、半導体ウエハ
を所定温度まで加熱した状態で、反応ガス供給手段から
反応ガスを供給するものであれば、その構成は特に限定
されるものではない。例えば、反応ガス制御手段を、炉
内を加熱する赤外線ランプ若しくは高周波誘導コイル、
発熱抵抗体（ヒーター）等と、温度制御システムしての
熱電対や放射温度計と、反応ガス制御システムとしての
マスフローコントローラ等とで構成することができる。

【００３０】例えば、基準位置に保持された半導体ウエ
ハが、加熱されて反応温度に達した状態で初めて反応ガ
スの供給を開始する構成のものが考えられる。

【００３１】又、例えば、反応ガスが層流となるように
所定方向の流れをもつガス流で供給される場合には、反
応ガス供給部より前記ガス流の上流部分を基準ガス雰囲
気に維持しておく。そして、該上流部分に予め半導体ウ
エハを保持しておき、所定の反応温度まで加熱する。こ
の状態で、半導体ウエハを下流方向に移動させて反応ガ
ス供給部より下流の基準位置に搬入する。この場合に
は、半導体ウエハは、反応温度に達した状態で反応ガス
雰囲気中に導入されるので、結果として反応ガスが新た
に供給された状態と同様となる。

【００３２】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
記載のエピタキシャル成長炉において、前記保持ガス噴
射手段は、前記保持ガスとして前記エピタキシャル成長
炉内に充填される予め定められた基準ガスと同じ組成の
ガスを供給するものであることを特徴とする。

【００３３】本発明では、保持ガス噴射手段で噴射され
る保持ガスが、エピタキシャル成長炉内に充填される予
め定められた基準ガスと同じ組成で構成されているた
め、エピタキシャル成長炉内のガス雰囲気を一定に保持
することができる。また、噴射ガスによって、基準ガス
を用いて行う処理を効率的に行うことができる。ここ
で、「基準ガス」の構成は特に限定されるものではな
い。例えば、反応ガスによるの薄膜形成の処理の前に、
半導体ウエハ表面に形成されている酸化膜を除去するた
めに、基準ガスとして一般的に用いられる水素ガス（Ｈ
２）を用いることができる。この場合、噴射ガスとして
も同じ水素ガスを用いることにより、基準ガスと噴射ガ
スとにより、半導体ウエハ表面のみならず、裏面に形成
された酸化膜を効果的に除去することができる。

【００３４】請求項４に係る発明は、請求項１〜３のい
ずれか１項に記載のエピタキシャル成長炉において、前
記保持ガス噴射手段は、前記エピタキシャル成長炉内へ
噴射させる保持ガスを予め加熱する予備加熱手段を備え
ていることを特徴とする。

【００３５】本発明は、予備加熱手段により、半導体ウ
エハを均一に加熱して、均一な薄膜形成を行うことがで
きるエピタキシャル成長炉を提供するものである。

【００３６】半導体ウエハを所定の反応温度まで加熱す
る場合、半導体ウエハ裏面には、保持ガス噴射手段によ
り保持ガスが噴射されているため、半導体ウエハの表面
と裏面とで温度変化が生じ、半導体ウエハを均一に加熱
することができない。

【００３７】本発明では、予備加熱手段により、保持ガ
スを予め加熱しているため、加熱された保持ガスが半導
体ウエハに噴射され、これにより半導体ウエハの裏面も
加熱される。このため、炉内の温度を所定の反応温度ま
で加熱した場合でも、予備加熱手段によって、半導体ウ
エハを均一に加熱することができ、これにより半導体ウ
エハに均一な薄膜を形成することができる。

【００３８】また、炉内が反応温度まで加熱される前
に、半導体ウエハは、予備加熱手段によって予め加熱さ
れるため、半導体ウエハに急激な温度変化が生じ、変成
が生じることはなく、半導体ウエハの均一な薄膜形成を
行うことができる。

【００３９】予備加熱手段は、保持ガスを予め加熱する
ことができるものであれば、その構成は特に限定される
ものではない。例えば、予備加熱手段を、エピタキシャ
ル成長炉の上下に赤外線ランプ、高周波誘導コイル、発
熱抵抗体等で構成することができる。この場合には、熱
伝導性を良好にするため、エピタキシャル成長炉を石英
ガラス、高純度ＳｉＣ等で構成することができる。

【００４０】また、予備加熱手段による保持ガスの加熱
と、反応ガスの加熱とを同時に行うことができ、エピタ
キシャル成長を効率的に行うことができる。また、例え
ば、保持ガス噴射手段をエピタキシャル成長炉外に設け
たガスボンベ及び配管と、エピタキシャル成長炉底面に
設けた噴射口により構成した場合には、予備加熱手段
を、配管を加熱する赤外線ランプ、高周波誘導コイル、
発熱抵抗体等で構成することができる。

【００４１】尚、この場合には、保持ガスに対する熱伝
導を良好にするため、保持ガスの流路となる部分を石英
ガラス、高純度ＳｉＣ等の部材で構成することもでき
る。

【００４２】請求項５に係る発明は、請求項１〜４のい
ずれか１項に記載のエピタキシャル成長炉において、前
記保持ガス噴射手段により、半導体ウエハ基板が前記基
準位置で浮上した状態で、半導体ウエハ基板の裏面を前
記反応ガスの雰囲気から遮断する反応ガス遮断手段を更
に備えていることを特徴とする。

【００４３】本発明では、反応ガス遮断手段により、半
導体ウエハが浮上している状態で、半導体ウエハの裏面
は、反応ガスがら遮断される。このため、反応ガスは、
半導体ウエハと接触することはなく、半導体ウエハ裏面
に薄膜が形成されることを防止することができる。

【００４４】反応ガス遮断手段は、半導体ウエハが基準
位置で浮上している状態において、半導体ウエハの裏面
に回り込もうとする反応ガスを実質的に遮断するもので
あればその構成は特に限定されるものではない。例え
ば、遮断手段として、エピタキシャル成長炉内の空間の
一部を上部と下部に仕切るとともに、基準位置において
半導体ウエハの面積とほぼ等しい面積の穴部を有す隔壁
を、基準位置と同じ高さの位置に水平に設け、半導体ウ
エハが、基準位置まで浮上した状態で、半導体ウエハが
隔壁の一部をなすように、半導体ウエハの表面と隔壁の
表面が同一平面になるように構成することができる。

【００４５】この場合には、半導体ウエハが基準位置ま
で浮上した状態で、エピタキシャル成長炉内の空間が、
基準位置の高さで上部と下部に完全に仕切られるため、
反応ガス供給手段により上部の空間に反応ガスを供給し
た場合でも、エピタキシャル成長炉内の下部の空間に反
応ガスが流入することはない。従って、半導体ウエハ裏
面に反応ガスが接触することはなく、半導体ウエハ裏面
の薄膜形成（デポ）を防止することができる。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について、図示例とともに説明する。図１には、本発
明の一実施形態に係るエピタキシャル成長炉を使用した
半導体ウエハ製造装置の概略構成図を示している。この
実施形態における半導体ウエハ製造装置は、毎葉式炉に
応用したものであり、エピタキシャル成長炉１、ウエハ
搬送部３、ウエハカセット５等から概略構成されてい
る。

【００４７】ウエハカセット５には、ウエハカセット５
内を上下方向に移動可能なウエハ収納部６が設けられて
いる。ウエハ収納部６には、半導体シリコン単結晶から
切り出されたシリコンウエハが、多重構造で一枚ごとに
格納されている。このため、ウエハ収納部６を上下に移
動させることによって、任意のシリコンウエハを取り出
すことができる。

【００４８】ウエハ搬送部３は、ウエハカセットに格納
されたシリコンウエハをエピタキシャル成長炉内に搬送
するものであり、従来のウエハ搬送部がロボットハンド
によりシリコンウエハをウエハカセットからエピタキシ
ャル成長炉内に搬送するのに対し、シリコンウエハを浮
上させて搬送するものである。

【００４９】図２に本実施形態に係る半導体ウエハ製造
装置のウエハ搬送部の平面図を示す。ウエハ搬送部３に
は、シリコンウエハの搬送経路の底部に石英製のガード
レール２５がウエハカセット５からエピタキシャル成長
炉の基準位置１０まで延在して設けられている。また、
ガードレール２５の側方には、搬送されるシリコンウエ
ハを導くためのガードレール２５に沿ったガイド部２６
が上方に突設されている。

【００５０】ガードレール２５の幅は、少なくとも搬送
するシリコンウエハの直径より大きく、本実施形態で
は、大口径のシリコンウエハを搬送できるようにするた
め、４００ｍｍ以上の幅となっている。また、ガードレ
ール２５の底面には、水素ガスを噴射する搬送用ノズル
２３がガードレール２５の長さ方向に亙って複数設けら
れている。この搬送用ノズル２３は、ガードレール２５
及びウエハ搬送部３の底面から、配管１６を介して水素
ガスボンベ（図示せず）に接続されている。従って、搬
送用ノズル２３から水素ガスを噴射することにより、ガ
ードレール２５上のシリコンウエハを浮上させることが
できるようになっている。

【００５１】また、ウエハ搬送部３のウエハカセット５
側上部には、浮上したシリコンウエハをエピタキシャル
成長炉内に移動させるための水素ガスの噴射口１８が設
けられている。この噴射口１８も、図示しない水素ガス
ボンベに接続されている。従って、噴射口１８から水素
ガスを噴射することにより、水素ガスがウエハカセット
５側からエピタキシャル成長炉側に流れ、ガードレール
２５上で浮上したシリコンウエハをエピタキシャル成長
炉内に搬送することができるものである。

【００５２】また、ウエハ搬送部３のエピタキシャル成
長炉側の側面には、ガス排出口１７が２箇所に設けられ
ており、シリコンウエハを搬送するために使用した水素
ガスを吸引排出することができるようになっている。

【００５３】ウエハ搬送部３の底面には、複数の赤外線
ランプ１５が搬送路の長さ方向に亙って設けられてい
る。このため、ガードレール２５中を流れる水素ガスを
加熱することができ、これによりエピタキシャル成長炉
外部でシリコンウエハを予備加熱することができる。
尚、同時に浮上した状態で搬送中のシリコンウエハも加
熱することができる。

【００５４】エピタキシャル成長炉の内部には、炉の底
部に保持ガスとしての水素ガスを噴射する複数の噴射ノ
ズル１３が上方向に向けて設けられている。この噴射ノ
ズル１３からはエピタキシャル成長炉外部に設けられた
ステンレス製のクリーン配管９によって図示しない水素
ガスボンベに接続されている。このため、噴射ノズル１
３から水素ガスをエピタキシャル成長炉内の上方向に噴
射することができ、これにより、噴射ノズル１３上に搬
送されてきたシリコンウエハを浮上させることができる
ようになっている。

【００５５】また、水素ガスボンベには、圧力計、ガス
流量調節のためのバルブが設けられており（図示せ
ず）、シリコンウエハを、従来のエピタキシャル成長炉
内のサセプタ上に載置されたウエハと実質的に同じ位置
関係となる基準位置１０の高さまで浮上させるように、
ガス圧力、ガス流量を調整することができる。

【００５６】また、噴射ノズル１３には、浮上したシリ
コンウエハの裏面に対する噴射角度を変化させるための
角度調整機構を設けている。具体的には、予め噴射ノズ
ル１３を設けたプレートを複数用意し、各プレートは、
互いに噴射ノズル１３の噴出口の角度が異なるように構
成している。そして、該プレートを取り替えることによ
り、シリコンウエハの裏面に対する水素ガスの噴射角度
を変化させるものである。このため、噴射ノズル１３よ
り噴射された水素ガスが、各プレートごとに互いに異な
る角度でシリコンウエハの裏面当たり、浮上したシリコ
ンウエハは、基準位置１０で回転して保持される。

【００５７】クリーン配管９の周囲には、複数の赤外線
ランプ１１が設けられており、シリコンウエハの浮上状
態で、配管中を通過する水素ガスを約１００〜４００℃
まで加熱することができるようになっている。従って、
シリコンウエハの裏面には、加熱された水素ガスが噴射
され、シリコンウエハを加熱するものである。尚、本実
施形態では、予備加熱のため、赤外線ランプ１１で水素
ガスを約１００〜４００℃まで加熱しているが、加熱温
度はこれに限定されるものではない。例えば、水素ガス
を４００℃以上の温度に加熱できるように赤外線ランプ
１１を構成してもよい。

【００５８】また、エピタキシャル成長炉には、ＳｉＨ
₄、ＳｉＨＣｌ₃等のＳｉを含んだ反応ガスをエピタキ
シャル成長炉内部に供給する反応ガス注入口２１が設け
られ、この反応ガス注入口２１からエピタキシャル成長
炉外部に反応ガス用ボンベ（図示せず）が接続されてい
る。そして、この反応ガス注入口２１と反応ガス用ボン
ベが反応ガス供給手段を構成している。また、エピタキ
シャル成長炉内部には、複数の赤外線ランプ８が設けら
れており、この赤外線ランプ８により、エピタキシャル
成長炉内部を、使用するシリコンウエハのエピタキシャ
ル成長に適した反応温度である約１１００℃まで加熱す
ることができる。更に、エピタキシャル成長炉外部に
は、反応ガスの温度が約１１００℃に達した時点で、自
動的に反応ガス用ボンベが開くように制御するガス制御
システム（図示せず）が設けられている。

【００５９】このような半導体ウエハ製造装置を使用し
て、シリコンウエハをエピタキシャル成長させるには次
のように行う。

【００６０】まず、ウエハカセット５の最下段に格納さ
れたシリコンウエハＷを取り出し、ウエハ搬送部３のガ
ードレール２５上に載置する。そして、水素ガスボンベ
のバルブを開け、搬送用ノズル２３及び噴射口１８から
水素ガスを噴射させる。このとき、シリコンウエハは、
搬送用ノズル２３からの下方向から噴射された水素ガス
により浮上するとともに、水素ガス噴射口１８からガー
ドレール２５内にエピタキシャル成長炉方向に噴射され
る水素ガスにより推進力が作用し、ガードレール２５上
を浮上した状態でエピタキシャル成長炉内部に搬送され
る。ここで、搬送用ノズル２３から噴射される水素ガス
は、赤外線ランプによって約１００〜４００℃に加熱さ
れているため、加熱した水素ガスで浮上したシリコンウ
エハも加熱されることになる。

【００６１】一方、エピタキシャル成長炉の内部では、
水素ガス注入口１９から注入された水素ガスが充填され
ており、更に赤外線ランプ８でエピタキシャル成長炉内
を加熱することにより、エピタキシャル成長炉内の水素
ガスの雰囲気は、予め約３００℃の状態となっている。
この状態のエピタキシャル成長炉内に、シリコンウエハ
が搬送されてくるが、シリコンウエハはガードレール２
５上を移動中に、予備加熱されているため、急激な温度
変化による変成、ひび割れ等が生じることはない。ま
た、シリコンウエハは、予め加熱されているため、急激
な温度変化が生じず、エピタキシャル成長炉内で均一に
加熱されることになる。

【００６２】エピタキシャル成長炉の内部に搬送された
エピタキシャルウエハは、石英製の円弧状のストッパー
７により移動を停止する。ウエハの停止位置では噴射ノ
ズル１３から上方に水素ガスが噴射されているため、シ
リコンウエハＷは、水素ガスの噴射力により浮上した状
態を保持し、更に前述の基準位置１０まで浮上する。従
って、ウエハ搬送部３からエピタキシャル成長炉内部に
シリコンウエハを設置する場合において、シリコンウエ
ハは、従来のエピタキシャル成長炉におけるサセプタ等
の基板支持台と直接接触することはないため、シリコン
ウエハにキズ等が生じることはない。

【００６３】エピタキシャル成長炉内にシリコンウエハ
が搬送されると、エピタキシャル成長炉は密閉される。
エピタキシャル成長炉内部は、水素ガスで充填されてい
るため、水素ガスが浮上した状態のシリコンウエハの表
面に形成された酸化膜との還元作用により、酸化膜が除
去される。

【００６４】シリコンウエハを基準位置１０に浮上させ
た状態で、赤外線ランプ８によりエピタキシャル成長炉
内部の水素ガスを更に加熱する。エピタキシャル成長炉
内のシリコンウエハの温度が約１１００℃になった時点
で、加熱した状態のまま、反応ガス注入口２１からＳｉ
Ｈ₄、ＳｉＨＣｌ₃等の反応ガスが供給され、浮上状態
のシリコンウエハＷ表面がエピタキシャル成長する。

【００６５】従って、シリコンウエハの裏面は、従来の
エピタキシャル成長炉のように、基板支持台等の部材と
接触しないで保持されるため、熱伝導による温度変化に
よる熱影響分布を一定に保持することができ、熱の悪影
響による欠陥及びひび割れ等の生じないエピタキシャル
ウエハを製造することができる。

【００６６】また、シリコンウエハを、他の部材と直接
接触することなくエピタキシャル成長させることができ
るため、シリコンウエハの裏面に金属不純物やパーティ
クルが付着することはない。

【００６７】水素ガスがシリコンウエハの裏面に噴射さ
れているため、反応ガスがシリコンウエハに供給された
場合でも、水素ガスの噴射流が、反応ガスを遮断する。
このため、シリコンウエハの裏面に反応ガスが回り込む
ことはなく、シリコンウエハ裏面に薄膜が形成されるこ
とを防止することができる。

【００６８】噴射ノズル１３から噴射される水素ガス
は、赤外線ランプ１１で予め加熱されているため、シリ
コンウエハの裏面も加熱される。このため、炉内が加熱
された状態の場合でも、シリコンウエハを均一に加熱す
ることができ、これにより半導体ウエハに均一な薄膜を
形成することができる。

【００６９】また、炉内が反応温度まで加熱される前
に、半導体ウエハは予め加熱されているため、半導体ウ
エハに急激な温度変化が生じ、変成が生じることはな
く、半導体ウエハの均一な薄膜形成を行うことができ
る。

【００７０】更に、プレートの交換により、シリコンウ
エハ裏面に対する水素ガスの噴射角度を変化させた場合
には、浮上した状態のシリコンウエハには、水素ガスの
噴射により、回転力が生じるため、浮上状態のまま回転
して保持される。従って、反応ガスを均一にシリコンウ
エハ表面に供給することができ、シリコンウエハの均一
な薄膜形成を行うことができる。

【００７１】尚、本実施形態のエピタキシャル成長炉で
は、シリコンウエハを一枚ごとに搬送し、エピタキシャ
ル成長させているが、エピタキシャル成長炉に複数のシ
リコンウエハを搬送し、同時にエピタキシャル成長させ
るように構成してもよい。この場合には、噴射ノズル１
３を複数のシリコンウエハに対応した位置に設けること
ができる。

【００７２】以上のように、エピタキシャル成長炉内部
で、シリコンウエハのエピタキシャル成長が終了した後
は、エピタキシャル成長炉の開状態とするとともに、排
気口１７に水素ガスボンベ（図示せず）を取り付け、水
素ガスを噴出する。一方、ガス噴出口１８からは水素ガ
スボンベを取り外し、搬送路内の水素ガスが吸引排気す
る。これにより、ガードレール２５上には、エピタキシ
ャル成長炉側からウエハカセット５側への水素ガスのガ
ス流が生じる。このため、このガス流によって、エピタ
キシャル成長したシリコンウエハ、即ちエピタキシャル
ウエハを浮上した状態でエピタキシャル成長炉１からウ
エハカセット５に搬出することができる。

【００７３】また、本実施形態のエピタキシャル成長炉
は、毎葉型炉に応用したが、これに限定されるものでは
なく、他の形式の炉、例えば、縦形炉、水平型炉等に応
用することができる。

【００７４】次に、本発明の第二の実施形態に係るエピ
タキシャル成長炉について説明する。図３は、本発明の
第二の実施形態に係るエピタキシャル成長炉の概略構成
図である。このエピタキシャル成長炉において、図１と
同一符号の部分は、第一の実施形態に係るエピタキシャ
ル成長炉と実質的に同様であるので説明を省略する。ま
た、噴射ノズル１３からは水素ガスがシリコンウエハの
裏面に対して噴射され、これにより基準位置１０までシ
リコンウエハが浮上した状態となる点については、第一
の実施形態のエピタキシャル成長炉と同様である。

【００７５】本実施形態におけるエピタキシャル成長炉
には、基準位置１０の高さの位置に、エピタキシャル成
長炉内を上部と下部に仕切る遮断手段としての平板状の
隔壁２７が設けられている。この隔壁は、基準位置１０
でシリコンウエハの面積に等しい面積の穴部が設けられ
ており、シリコンウエハが基準位置１０まで浮上した状
態では、シリコンウエハの表面が、隔壁の一部をなし、
かつシリコンウエハの表面が隔壁の表面と同一平面を構
成する。

【００７６】従って、シリコンウエハが浮上している状
態では、シリコンウエハＷの表面と隔壁２７によりエピ
タキシャル成長炉の上部空間と下部空間と完全に仕切ら
れる。このため、反応ガス注入口２１から上部空間に反
応ガスが注入されても、隔壁とシリコンウエハによっ
て、反応ガスが下部空間に流入することはないため、シ
リコンウエハの裏面は、反応ガスから遮断される。従っ
て、シリコンウエハの裏面に薄膜が形成されることを防
止することができる。

【００７７】尚、本実施形態のエピタキシャル成長炉で
は、シリコンウエハを一枚ごとに搬送し、エピタキシャ
ル成長させているが、エピタキシャル成長炉に複数のシ
リコンウエハを搬送し、同時にエピタキシャル成長させ
るように構成してもよい。この場合には、隔壁に、複数
のシリコンウエハが浮上する複数の基準位置１０にシリ
コンウエハの面積に等しい面積の穴部を設けることがで
きる。

【００７８】また、本実施形態のエピタキシャル成長炉
も、縦形炉、水平型炉等に応用することができる。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明では、エピ
タキシャル成長炉内で、半導体ウエハを浮上して保持
し、他の部材と接触させないでエピタキシャル成長する
ことができるため、半導体ウエハに対する熱による悪影
響を防止することができ、高品質なエピタキシャルウエ
ハを製造することができるという効果がある。

【００８０】また、本発明では、半導体ウエハを浮上し
て保持した状態でエピタキシャル成長することができる
ため、半導体ウエハへの金属不純物やパーティクル等の
付着を防止し、半導体特性の優れたエピタキシャルウエ
ハを製造することができるという効果がある。

【００８１】また、本発明では、半導体ウエハを保持ガ
スにより浮上させた状態でエピタキシャル成長させるこ
とができるため、半導体ウエハの裏面の薄膜形成を防止
することができるという効果がある。

【００８２】本発明では、半導体ウエハを浮上して保持
するため、エピタキシャル成長炉外部から搬送されてき
た半導体ウエハを基板支持台等他の部材に載置する必要
はないため、半導体ウエハにキズ等による転位等の欠陥
の生じない高品質なエピタキシャルウエハを製造できる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施形態に係る半導体ウエハ製
造装置の概略構成図である。

【図２】本発明の第一の実施形態に係る半導体ウエハ製
造装置のウエハ搬送部の平面図である。

【図３】本発明の第二の実施形態に係る半導体ウエハ製
造装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１：エピタキシャル成長炉３：ウエハ搬送部５：ウエハカセット７：ストッパー８、１１、１５：赤外線ランプ９、１６：配管１０：基準位置１３：噴射ノズル１７：ガス排出口１８：水素ガス噴射口１９：水素ガス注入口２１：反応ガス注入口２３：搬送用ノズル２５：ガードレール２６：ガイド部２７：隔壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中原信司群馬県安中市中野谷555番地の１株式会社スーパーシリコン研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体単結晶から切り出された半導体ウ
エハ基板を予め定めた基準位置に設置して所定の反応温
度まで加熱した状態で反応ガス雰囲気に保持することに
よりエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長炉に
おいて、前記基準位置で前記半導体ウエハ基板が浮上した状態で
保持されるように、前記半導体ウエハ基板の裏面に対し
て保持ガスを噴射させる保持ガス噴射手段を備えたこと
を特徴とするエピタキシャル成長炉。
【請求項２】前記エピタキシャル成長炉内の前記基準
位置に保持された半導体ウエハ基板に対して前記反応ガ
スを供給する反応ガス供給手段と、前記半導体ウエハ基板が、前記エピタキシャル成長炉内
で前記所定の反応温度まで加熱された状態で、前記反応
ガス供給手段から前記反応ガスを前記半導体ウエハ基板
上に供給する反応ガス制御手段とを更に備えたことを特
徴とする請求項１に記載のエピタキシャル成長炉。
【請求項３】前記保持ガス噴射手段は、前記保持ガス
として前記エピタキシャル成長炉内に充填される予め定
められた基準ガスと同じ組成のガスを供給するものであ
ることを特徴とする請求項１又は２に記載のエピタキシ
ャル成長炉。
【請求項４】前記保持ガス噴射手段は、前記エピタキ
シャル成長炉内へ噴射させる保持ガスを予め加熱する予
備加熱手段を備えていることを特徴とする請求項１〜３
のいずれか１項に記載のエピタキシャル成長炉。
【請求項５】前記保持ガス噴射手段により、半導体ウ
エハ基板が前記基準位置で浮上した状態で、半導体ウエ
ハ基板の裏面を前記反応ガスの雰囲気から遮断する反応
ガス遮断手段を更に備えていることを特徴とする請求項
１〜４のいずれか１項に記載のエピタキシャル成長炉。