JPH1027758A - 気相成長装置及び半導体ウエハの気相成長方法 - Google Patents

気相成長装置及び半導体ウエハの気相成長方法

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JPH1027758A
JPH1027758A JP8180399A JP18039996A JPH1027758A JP H1027758 A JPH1027758 A JP H1027758A JP 8180399 A JP8180399 A JP 8180399A JP 18039996 A JP18039996 A JP 18039996A JP H1027758 A JPH1027758 A JP H1027758A
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JP
Japan
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reaction
arm
phase growth
reaction tube
vapor phase
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JP8180399A
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Kazuhiro Tanaka
一宏 田中
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
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Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】反応管内に導入される反応ガスの淀み等による
反応管の内壁への反応副生成物の付着を抑制し、また、
短時間で安全に反応副生成物の除去ができる気相成長装
置及び半導体ウエハの気相成長方法を提供すること。 【解決手段】内部に石英製の反応管2を有する気相成長
室1の底部に、先端付近に長さが気相成長室1の底部か
らサセプター7までの高さを越えない程度であるフィン
9が設置されているアーム8を設け、反応管2の底部に
沿って回転させる。また、アーム8は、一定方向に回転
させることが望ましく、複数設置した場合に振動なく回
転するように、気相成長室1底部の円周を等分割するよ
うな位置に配置すると良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気相成長装置のう
ち、特に減圧下で反応ガスを整流する気相成長装置及び
気相成長方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体ウエハの表面に気相成長層を形成
するための気相成長装置は、高集積化に対応するため、
その気相成長層の膜厚を半導体ウエハ全面に均一に、且
つ高精度に制御することが必要とされている。このた
め、近年、気相成長装置はバッチ式処理型から枚葉式処
理型へと移行してきている。
【0003】従来の枚葉式気相成長装置について、図面
を参照して説明する。図3は、従来の気相成長装置の断
面図、図4は、従来の気相成長装置の一部の拡大図であ
る。まず、気相成長室101の上部のガス供給口102
より整流板103を通して反応ガス、例えばSiH4
SiH2Cl2を導入する。次に、ウエハ導入口104よ
り導入し、支持台であるサセプター105の上に載置し
た半導体ウエハ106を回転軸107を中心にサセプタ
ー105ごと回転させ、放射温度計108でヒーター1
09の温度制御をしながら所定の温度に加熱し、半導体
ウエハ106表面に気相成長膜を形成する。その後、反
応ガスは、気相成長室101の下部に設けられている排
気口110よりドライポンプ(図示せず)で強制的に引
くことによって排気される。
【0004】更に、半導体ウエハ106を数百回転以上
の高速で回転させることによって、反応ガスを半導体ウ
エハ106の表面に引き寄せ、エピタキシャル成長が進
む半導体ウエハ106表面直上の境界層を薄くし、反応
ガスの供給効率を上げてエピタキシャル成長速度を大き
くしている。
【0005】また、気相成長室101内を減圧にするこ
とによって、半導体ウエハ106からのオートドープを
抑制することができる。更に、図4に示されているよう
に、半導体ウエハ106表面上を外周方向にはきだされ
た反応ガスの流れを反応管111の内壁に沿って排気口
110へ向かうように整えられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】気相成長室101の底
部に180度反対の位置に排気口110を2つ持つ従来
の気相成長装置を用いて、直径約150mmの半導体ウ
エハ106の250枚に、連続して厚さ約2.0μmの
エピタキシャル層を形成させる。このときのエピタキシ
ャル層の成長条件としては、H2:約30slmを流し
た雰囲気中で、SiH2Cl2:約100sccm、B2
6:約30sccmの反応ガスを用いて、サセプター
105を約1500rpmで回転させ、温度:約115
0℃、圧力:約50Torrで約4分間成長させるもの
とする。また、50枚に1度の割合で、HClガスを用
いてサセプター105等に堆積したSiを100μm程
度除去できるようエッチングを行う。
【0007】250枚処理した後に、気相成長室101
内が室温程度まで下がるのを待ちながら、気相成長室1
01を一時間以上N2でパージしてから、反応管111
を取り出すと、高さ方向にサセプター105の真横付近
から反応管111の底部まで、幅約20cmにわたり乳
白色のやや粘性のある反応副生成物112が一面に付着
する。また、その付着量は、反応管111の底部に近づ
くほど多くなる。
【0008】このように、従来、気相成長室101内で
ヒーター109によって半導体ウエハ106上を外周方
向に流れた反応ガスが、石英製の反応管111の内壁付
近に集まって、ここで急激に冷やされると、半導体ウエ
ハ106上で消費されなかった分が、図5の従来の気相
成長装置の一部の拡大図に示されるように、H2を含ん
だ非晶質のSiの反応副生成物112として反応管11
1の内壁に付着してしまうという問題があった。
【0009】また、HF:HNO3=1:1の混合液を
純水で5倍程度に希釈したエッチング液を用いて、反応
管111内の反応副生成物112を洗浄除去する作業を
行うと、反応副生成物112中の水素がエッチング液中
の酸と激しく反応し、連続して発火を繰り返し、非常に
危険であるという問題があった。更に、完全にエッチン
グするには30分以上もの長い時間を費やした。
【0010】また、気相成長室101の排気に関して、
排気口110の数が少ないと気相成長室101の下部に
おいて、図6(a)の気相成長室下部の拡大図に示され
るように、気相成長室101の底部で反応ガスの淀みを
生じてしまうことがあるという問題があった。また、逆
に排気口110の数を増やすなどして排気する面積を大
きくした場合、図6(b)の気相成長室下部の拡大図に
示されるように、従来のドライポンプ(図示せず)によ
る反応ガスの排気では、排気口110付近の排気流速が
低下し、その分反応副生成物112がつきやすくなって
しまうという問題があった。
【0011】本発明は上記のような事情を考慮し、反応
ガスの淀みによる反応管の内壁への反応副生成物の付着
を抑制し、また、短時間で安全に反応副生成物の除去が
できる気相成長装置及び半導体ウエハの気相成長方法を
提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の気相成長装置は、反応ガス供給口と排気口を
有する反応室と、この反応室の内部に設置された反応管
と、この反応管の内部に設置され、前記半導体ウエハを
載置し回転するサセプターと、前記反応管の底部に沿っ
て回転するアームと、このアームの端部に設置されたフ
ィンと、このフィン及び前記アームを回転させる回転装
置とを具備したことを特徴とするものである。
【0013】更に、前記フィンは、前記アームに垂直に
設置することが望ましい。また、前記フィンの長さは、
最長で前記反応管の底部から前記サセプターの高さまで
とすることが望ましい。
【0014】また、前記フィン及び前記アームは、前記
反応室底部の円周を等分割するように配置することが望
ましい。更に、前記アームは、1000rpm程度以下
で回転させることが望ましい。
【0015】また、前記反応管は、石英製であることが
望ましい。また、反応管内に反応ガスを導入する工程
と、前記反応ガスが前記反応室の底部に停滞しないよう
に、前記反応ガスに一定の流れを生じさせる工程と、前
記反応管内で前記半導体ウエハを回転させながら前記半
導体ウエハ上に気相成長膜を形成する工程と、前記反応
ガスを排気する工程とを具備したことを特徴とする半導
体ウエハの気相成長方法がある。
【0016】更に、前記反応ガスに一定の流れを生じさ
せる工程において、前記反応管の底部に沿ってアームを
回転させることが望ましい。更に、前記アームは、一定
方向で回転させることが望ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態にかかる気相成長装置及び気相成長方法につい
て説明する。図1(a)は、本発明の実施の形態にかか
る枚葉式気相成長装置の断面図、図1(b)は、本発明
の実施の形態にかかる気相成長装置の一部の拡大図であ
る。
【0018】気相成長室1は底付円筒形であり、この気
相成長室1と円筒側面が平行な石英製の反応管2が内部
に設けられている。気相成長室1の上部には反応ガスを
内部に導入するガス供給口3を有し、整流板4を通して
反応ガス、例えばSiH4やSiH2Cl2を整流して気
相成長室1内に導入する機構になっている。また、気相
成長室1の側面には半導体ウエハ5を一枚ずつ導入する
ウエハ導入口6を有し、半導体ウエハ5は、気相成長室
1の中心軸上に設置された支持台であるサセプター7の
上に載置され、回転軸8を中心にサセプター7ごと回転
させる。ここで、気相成長室1底部に、サセプター7の
治具と同じSiCコートされたC製の材質からなり、先
端が反応管2の内壁付近まで達するアーム8を中心軸を
挟んで180度反対の位置に2本設け、その先端付近
に、長さが気相成長室1の底部からサセプター7までの
高さを越えない程度のフィン9を設置する。回転軸によ
りこのアーム8を回転させることによって、先端のフィ
ン9が反応管2の内壁に沿って回転し、反応管2の内壁
付近に留まっている反応ガスの流れを内壁から引き離す
ことができる。また、半導体ウエハ6表面に気相成長膜
を形成させるために、気相成長室1の上部より導入され
る放射温度計10で半導体ウエハ6の下部に設置された
ヒーター11の温度制御をしながら、所定の温度に加熱
する。気相成長に用いられた反応ガスは、気相成長室1
の下部に中心軸を挟んで180度反対の位置に2ヵ所設
けられている排気口12よりドライポンプ(図示せず)
で強制的に真空引きすることによって排気される。排気
された反応ガスは、その後バンドヒーター(図示せず)
によって120℃程度に加熱された排気配管を通過し、
その先に取り付けたフィルター(図示せず)で反応ガス
内に含まれている反応副生成物を除去する。
【0019】気相成長室1の底部でアーム8を回転させ
ることによって、底部の反応ガスの淀みを防止すること
ができる。また、反応管2の内壁に沿ってフィン9が回
転するので、反応管2の内壁付近の反応ガスの流れを内
壁から引き離し、ドライポンプで排気口12から真空引
きする際に、反応管2の下方の内壁に反応副生成物が付
着するのを防止することができる。
【0020】本実施の形態における気相成長装置を用い
て、直径150mm程度の半導体ウエハ6の表面上に、
厚さ2.0μm程度のエピタキシャル層を250枚連続
で形成する場合を考える。この時の条件は、H2を30
slm程度流した雰囲気中で、SiH2Cl2:100s
ccm程度、B26:30sccm程度の反応ガスをガ
ス供給口3より導入し、温度:1150℃程度、圧力:
50Torr程度の減圧下で、サセプター7を約150
0rpmで回転させ、アーム8を約200rpmでプロ
ペラ状に回転させながら、4分間程度エピタキシャル成
長させることとする。また、50枚に1度の割合でHC
lガスを用いて、サセプター7等に堆積したSiを10
0μm程度除去できるようにエッチングを行うものとす
る。
【0021】250枚処理した後、気相成長室1内が室
温程度に冷めるまで1時間以上N2パージしてから反応
管2を取り出すと、反応副生成物は、底部に幅約3cm
程度付着されているのみで、従来に比べて反応副生成物
の付着を大幅に低減することができることがわかる。
【0022】また、HF:HNO3=1:1の混合液を
純水で5倍程度に希釈したエッチング液を用いて、反応
管2内を洗浄すると、反応副生成物の付着量が少ないた
め、エッチング液内の酸と反応副生成物内の水素とが反
応して起こる発火はほとんど見られない。また、洗浄処
理は5分程度で終了し、従来に比べて、約5倍以上時間
を短縮することができる。従って、従来よりも反応副生
成物の洗浄除去作業の頻度を少なくすることができる。
【0023】尚、フィン9の高さは、サセプター7に載
置された半導体ウエハ6上に流れる反応ガスが逆流して
半導体ウエハ6上に戻り、膜厚制御を困難にすることが
ないように、サセプター7の高さを越えない程度である
ことが望ましい。
【0024】また、気相成長室1底部でのアーム8及び
フィン9の配置の仕方は、アーム8及びフィン9が複数
の場合振動なく回転するように、例えば、図2のアーム
及びフィンの概略図に示されるように、気相成長室1底
部の円周を等分割するような位置に配置することが望ま
しい。また、アーム8及びフィン9の数は、限定されな
い。
【0025】尚、反応ガスの流れを乱して、気相成長室
1底部のパーティクルを巻き上げることがないように、
アーム8は一定方向に回転させることが望ましい。ま
た、上記実施の形態に限定されず、アーム8及びフィン
9の材質は金属汚染の心配がなく、耐腐蝕性、耐熱性の
もの、例えば、石英でもよい。
【0026】尚、気相成長室1の上部から反応ガスが導
入され、下部より排気され、また、気相成長室1の下部
において反応ガスの温度が上部に比べて低下してしまう
ような構造を有する気相成長装置であれば、バッチ式の
気相成長装置にも用いることが可能である。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、気相成長室の底部に設
けられたフィン付のアームを回転させることによって、
反応ガスの淀みを防止し、反応副生成物が反応管の内壁
に付着するのを低減することができる。また、付着した
反応副生成物を短時間で安全に洗浄除去することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明の実施の形態にかかる気相成長装
置の断面図。 (b)本発明の実施の形態にかかる気相成長装置の一部
の拡大図。
【図2】本発明の実施の形態にかかるアーム及びフィン
の概略図。
【図3】従来の気相成長装置の断面図。
【図4】従来の気相成長装置の一部の拡大図。
【図5】従来の気相成長装置の一部の拡大図。
【図6】気相成長室下部の拡大図。
【符号の説明】
1,101…気相成長室、 2,111…反応管、 3,102…ガス供給口、 4,103…整流板、 5,106…半導体ウエハ、 6,104…ウエハ導入口、 7,105…サセプター、 8…アーム、 9…フィン、 10,108…放射温度計、 11,109…ヒーター、 12,110…排気口、 107…回転軸、 112…反応副生成物

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応ガス供給口と排気口を有する反応室
    と、この反応室の内部に設置された反応管と、この反応
    管の内部に設置され、前記半導体ウエハを載置し回転す
    るサセプターと、前記反応管の底部に沿って回転するア
    ームと、このアームの端部に設置されたフィンと、この
    フィン及び前記アームを回転させる回転装置とを具備し
    たことを特徴とする気相成長装置。
  2. 【請求項2】 前記フィンは、前記アームに垂直に設置
    することを特徴とする請求項1記載の気相成長装置。
  3. 【請求項3】 前記フィンの長さは、最長で前記反応管
    の底部から前記サセプターの高さまでとする請求項1記
    載の気相成長装置。
  4. 【請求項4】 前記フィン及び前記アームは、前記反応
    室底部の円周を等分割するように配置することを特徴と
    する請求項1記載の気相成長装置。
  5. 【請求項5】 前記アームは、1000rpm程度以下
    で回転させることを特徴とする請求項1記載の気相成長
    装置。
  6. 【請求項6】 前記反応管は、石英製であることを特徴
    とする請求項1記載の気相成長装置。
  7. 【請求項7】 反応管内に反応ガスを導入する工程と、
    前記反応ガスが前記反応管の底部に停滞しないように前
    記反応ガスに一定の流れを生じさせる工程と、前記反応
    管内で前記半導体ウエハを回転させながら前記半導体ウ
    エハ上に気相成長膜を形成する工程と、前記反応ガスを
    排気する工程とを具備したことを特徴とする半導体ウエ
    ハの気相成長方法。
  8. 【請求項8】 前記反応ガスに一定の流れを生じさせる
    工程において、前記反応管の底部に沿ってアームを回転
    させることを特徴とする請求項7記載の半導体ウエハの
    気相成長方法。
  9. 【請求項9】 前記アームは、1000rpm以下で回
    転させることを特徴とする請求項8記載の半導体ウエハ
    の気相成長方法。
  10. 【請求項10】 前記アームは、一定方向で回転させる
    ことを特徴とする請求項8または請求項9記載の半導体
    ウエハの気相成長方法。
JP8180399A 1996-07-10 1996-07-10 気相成長装置及び半導体ウエハの気相成長方法 Withdrawn JPH1027758A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001274146A (ja) * 2000-01-18 2001-10-05 Applied Materials Inc ヒータ温度均一化装置
JP2007019350A (ja) * 2005-07-08 2007-01-25 Nuflare Technology Inc エピタキシャル成長装置
JP2013042092A (ja) * 2011-08-19 2013-02-28 Nuflare Technology Inc 薄膜処理方法

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