JPH11240794A - エピタキシャル成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応チャンバ内壁面へのシリコン生成物の付
着を防止できるエピタキシャル成長装置を得る。 【解決手段】 反応チャンバの内壁面のうち、少なくと
もチャンバ内に載置される半導体ウエハの上部を覆う領
域に、前記内壁面に沿ってシリコン材料ガスを含まない
ガスの層流を形成する手段を備えた。

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
の表面にエピタキシャル成長させるためのエピタキシャ
ル成長装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、シリコンエピタキシャル成長方法
として最も広く研究、応用されているのはＨ−Ｓｉ−Ｃ
ｌ系ＣＶＤ（Chemical vapor deposition)法である。こ
れは、高温に加熱されたシリコン基板上に水素キャリア
によりシリコンソースガスを供給し、基板上でＨ−Ｓｉ
−Ｃｌ系の反応を通じてシリコン単結晶を堆積、成長さ
せるものである。シリコンソースガスとしては、SiCl
₄ ，SiHCl₃，SiH₂Cl₂ またはSiH₄、が一般的である。

【０００３】このようなエピタキシャル成長を行なう成
長炉装置として、従来から各種のものが用いられてい
る。例えば、ハロゲンランプや赤外線ランプ等による輻
射加熱方式で加熱されるチャンバ内のサセプタ上に基板
を載置し、反応ガスをチャンバ内に送り込むものが挙げ
られる。

【０００４】上記のような従来のエピタキシャル成長方
法や装置では、半導体ウエハはチャンバ内のサセプタ上
に載置されたまま、水素等の基準ガス雰囲気中で加熱さ
れた後、基準ガス中に新たに材料ガスを放出してウエハ
表面上に供給することによって、基準ガスに材料ガスが
混ざった反応ガスを生じせしめ、成長が開始されるもの
である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来のエピタキシャル成長炉では、半導体ウエハ表
面へ向けてチャンバ内へ水素ガス等の基準ガスと共に供
給されるシリコン材料ガスは、チャンバ内壁面に沿って
も流れ、チャンバ内壁面に反応ガスによるシリコン生成
物が付着する。

【０００６】このような付着物の生成は、同一条件下と
したエピタキシャル成長においても実際にはチャンバ内
での反応ガス雰囲気を変化させて半導体ウエハごとに反
応条件に差異を生じせしめたり、また半導体ウエハ上部
に位置するチャンバ内壁面領域にに付着したものが剥が
れた場合には、半導体ウエハ表面に落ち、欠陥発生の原
因となる恐れがある。従って、チャンバ内への半導体ウ
エハ設置前に内壁面の付着物除去作業の必要が生じる。
このように、チャンバ内壁面の付着物はウエハの一定品
質の維持のために、よけいな時間と手間が係り、作業効
率および生産性の向上を妨げるものである。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑み、反応チャン
バ内壁面へのシリコン生成物の付着を防止し得るエピタ
キシャル成長装置の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明に係るエピタキシャル成長装
置では、反応チャンバの内部で高温下の半導体ウエハの
表面に反応ガスの還元または熱分解によってＳｉエピタ
キシャル層を析出成長させるエピタキシャル成長装置に
おいて、前記反応チャンバの内壁面のうち、少なくとも
チャンバ内に載置される半導体ウエハの上部を覆う領域
に、前記内壁面に沿ってシリコン材料ガスを含まないガ
スの層流を形成する手段を備えたものである。

【０００９】また、請求項２に記載の発明に係るエピタ
キシャル成長装置では、請求項１に記載のエピタキシャ
ル成長装置において、前記シリコン材料ガスを含まない
ガスの層流を形成する手段は、前記内壁面から予め定め
られた距離だけ内側に前記領域に亘って配置されたイン
ナー壁と、このインナー壁と前記内壁面との間にシリコ
ン材料ガスを含まないガスを流通させるガス流通手段
と、を備え、前記インナー壁は、前記内壁面との間に流
通するシリコン材料ガスを含まないガスをインナー壁内
面側へ導入して層流を成す複数の貫通孔を有するもので
ある。

【００１０】また、請求項３に記載の発明に係るエピタ
キシャル成長装置では、請求項２に記載のエピタキシャ
ル成長装置において、前記貫通孔は、１ｍｍ以上、１０
ｍｍ以下の直径を持つものである。

【００１１】本発明においては、少なくとも半導体ウエ
ハの上部を覆う領域の反応チャンバ内壁面に沿ってシリ
コン材料ガスを含まないガスの層流が形成されるもので
あるため、このガス層流が防壁となってシリコン材料ガ
スが反応チャンバ内壁面に達することはない。

【００１２】従って、半導体ウエハの上部領域である反
応チャンバ内壁面に反応ガスによるシリコン付着物の生
成は生じないので、チャンバ内での反応ガス雰囲気を変
化させて半導体ウエハごとに反応条件に差異を生じせし
めたり、付着物が剥がれて半導体ウエハ表面に落ちて欠
陥を発生させることもない。

【００１３】また、付着物除去のための反応チャンバの
頻繁な洗浄工程も不要となり、半導体ウエハの一定品質
の維持が可能となるだけでなく、作業効率および生産性
の向上も図れる。

【００１４】なお、前記シリコン材料ガスを含まないガ
スの層流を形成する手段としては、例えば、請求項２に
記載したように、反応チャンバ内壁面とその内側に予め
定められた距離をもって配置されたインナー壁との間
に、ガス流通手段によってシリコン材料ガスを含まない
ガス（以下、基準ガスと記す）を流通させ、このインナ
ー壁に形成された複数の貫通孔によって壁面間のガス流
から基準ガスをインナー壁内面側へ導入する構成によっ
て基準ガスの層流を壁面に沿って形成することができ
る。即ち、ガス導入口から排出口に向かう基準ガスの層
流が反応チャンバ内壁面に沿ってインナー壁を挟んだ状
態で形成される。

【００１５】インナー壁に形成される貫通孔の位置は、
インナー壁内面が部分的に反応ガスに露出することな
く、全内面が基準ガス層流に覆われるように、より均一
に分散されていることが望ましい。又貫通孔の直径は、
１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下が好ましい。この範囲より小
さいと、目詰まりし易く洗浄は困難で扱いにくい。また
前記範囲を超えて大きくなると、インナー壁全内面を覆
う層流の形成が困難となってしまう。

【００１６】なお、インナー壁全内面を覆う基準ガス層
流の形成をより容易にするために、貫通孔の貫通方向を
所定の角度に設定することが望ましい。具体的には、貫
通方向をガス排出口に向かわせるように傾斜させれば良
い。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下に、本発明
の第１の実施の形態として、反応チャンバの内側に均一
な間隔を持って配置されたインナー壁を用いて反応チャ
ンバ内壁面に沿って材料ガスを含まない基準ガス層流を
形成するエピタキシャル成長装置の概略構成図を図１に
示す。（ａ）はＸ−Ｘ部縦断面図、（ｂ）は上部から透
視した平面図である。

【００１８】本実施形態によるエピタキシャル成長装置
は、底部に配置される円盤状のサセプタ８上に一枚の半
導体ウエハ９が載置される半球状ドーム型の石英製反応
チャンバ１を備え、反応チャンバ１の天井となる上部領
域に亘って内壁面から所定距離だけ内側に石英製のイン
ナー壁２を二重チャンバ状に配置している。

【００１９】本実施形態では、例えば、半導体ウエハ９
を直径４００ｍｍとし、反応チャンバ１のドーム直径を
約６５０ｍｍ程度とした場合、インナー壁２の反応チャ
ンバ１内壁面との距離は５ｍｍ〜５０ｍｍ程度が適当で
ある。

【００２０】インナー壁２と反応チャンバ１内壁面との
間の一端には、基準ガスとしての水素ガスを送り込むガ
ス導入口４が設けられ、他端のインナー壁２より内側に
はガス流を引き込むガス排出口５が設けられている。従
って、インナー壁２と反応チャンバ１内壁面との間は、
ガス導入口４からガス排出口５へ向かう基準ガス（水素
ガス）流の流路３が形成されるものである。

【００２１】一方、インナー壁２には、流路３内の基準
ガス流の一部をインナー壁２の内側へ導入する直径約１
ｍｍ〜１０ｍｍの貫通孔７が複数形成されており、各貫
通孔７から導入された水素ガスは、インナー壁２内壁面
に沿ってガス排出口５へ向かう。貫通孔７は、多数のも
のが均一に分散されており、貫通孔７から導入される水
素ガス流は、インナー壁２の内壁面の全面を覆う層流を
形成する。

【００２２】このように、反応チャンバ１の内壁面に
は、半導体ウエハ９を覆う天井領域に亘って水素ガスの
層流がインナー壁２によって形成されることになるの
で、半導体ウエハ９表面に材料ガス供給口６から送り込
まれるシリコン材料ガスを含む反応ガスが反応チャンバ
１の天井領域に達しても、水素ガスの層流が防壁とな
り、インナー壁２の内壁面および反応チャンバ１の内壁
面に反応ガスが接することはなく、シリコン生成物の付
着は避けられる。

【００２３】なお、貫通孔７を、それぞれ排出口５に向
かう方向に沿って形成するとより水素ガス層流が形成し
易くなる。ここでは、図２の模式図に示すように、貫通
孔７の貫通方向は、インナー壁２の内壁面上のガス導入
口４からガス排出口５を結ぶ曲線の各貫通孔７位置にお
ける接線に対する傾斜角θをそれぞれ約２０度に設定し
た。

【００２４】この傾斜角θが大きすぎると、流路３から
インナー壁２の内側へのガス流の導入が困難となるた
め、傾斜角θの上限を９０度とするのが好ましい。また
インナー壁２の内側に導入した基準ガスによる層流の形
成をより容易にするには傾斜角θをより小さく、例えば
４５度以下とすることが望ましい。

【００２５】上記のごとき構成のエピタキシャル成長装
置における半導体ウエハ９表面へのエピタキシャル成長
処理工程においては、まず、たとえば底面窓からロボッ
トアーム等を用いて、半導体ウエハ９を固定載置したサ
セプタ８を反応チャンバ１内へ入れ、所定位置に配置す
る。

【００２６】位置決め後、サセプタ８を駆動装置（不図
示）により所定速度で回転させながら、反応チャンバ１
外に設置されたハロゲンランプ等のヒータ（加熱手段）
１０によってエピタキシャル成長膜形成条件に必要な高
温（約１０００℃）まで半導体ウエハ９を加熱する。

【００２７】昇温開始前のパージの時から流路３へ水素
ガスの送り込みを開始し、ガス流速や圧力を調整しつつ
インナー壁２の内壁面に沿って水素ガス層流を形成す
る。この水素ガス層流を維持しながらガス供給口６から
シリコン材料ガスを含む反応ガスのチャンバ内への供給
をはじめ、エピタキシャル成長を開始する。

【００２８】このエピタキシャル膜形成の間中、水素ガ
スの層流が、インナー壁２内壁面および反応チャンバ１
内壁面への反応ガスの接触を防ぐため、半導体ウエハ９
の上部領域にシリコン生成物が付着することも、付着物
がウエハ表面に落下してくることもない。また、異なる
半導体ウエハ９毎のエピタキシャル成長処理工程におけ
る反応チャンバ１内を常に一定の条件にできるため、落
下物による結晶欠陥もない一定品質のエピタキシャル成
長膜が形成された半導体ウエハが得られる。

【００２９】（実施の形態２）なお、上記第１の実施形
態においては、半球状のドーム型反応チャンバを備えた
エピタキシャル成長装置を示したが、本発明は、従来か
ら用いられている反応チャンバの形状を基本に構成する
ことができる。

【００３０】そこで、以下に、本発明の第２の実施形態
として、現在、大口径半導体ウエハ用に一般的となって
いる枚葉型チャンバを基本とした反応チャンバを備えた
エピタキシャル成長装置を図３に示す。（ａ）は正面か
ら見た縦断面（Ｚ−Ｚ部分）図であり、（ｂ）は側面か
らみた縦断面（Ｙ−Ｙ）図である。

【００３１】本実施形態によるエピタキシャル成長装置
は、底部に一枚の半導体ウエハ１９が円盤状のサセプタ
１８を介して載置される筐体型の石英製反応チャンバ１
１を備え、この反応チャンバ１１内に一回り小さい同型
の石英製中チャンバ１２を設けて二重チャンバとした。

【００３２】本実施形態においては、中チャンバ１２が
基準ガス層流を形成するためのインナー壁を構成するも
のである。ここでは、シリコン生成付着物の落下を防止
することを主目的とし、反応チャンバ１１の天井領域で
ある上面に対向する中チャンバ１２上面領域にのみ内壁
面に沿った基準ガス層流を形成するものとする。

【００３３】即ち、反応チャンバ１１の上内壁面と中チ
ャンバ１２の上面との間の空隙のみに一端側の基準ガス
導入口１４から、他端のガス排出口１５へ向かう基準ガ
スの流路１３を形成し、中チャンバ１２の上面領域にの
みに貫通孔１７を形成することによって中チャンバ１２
上面の内壁面に沿って基準ガス層流が形成される。

【００３４】このように、半導体ウエハ１９を覆う天井
領域である反応チャンバ１１の上内壁面には、水素ガス
の層流が中チャンバ１２上面によって形成されることに
なるので、半導体ウエハ１９表面に材料ガス流入口１６
から送り込まれるシリコン材料ガスを含む反応ガスが反
応チャンバ１１の天井領域に達しても、水素ガスの層流
が防壁となり、中チャンバ１２上面の内壁面および反応
チャンバ１１の上内壁面に反応ガスが接することはな
く、シリコン生成物の付着は避けられ、付着物の落下も
生じない。

【００３５】上記のごとき構成のエピタキシャル成長装
置における半導体ウエハ１９表面へのエピタキシャル成
長処理工程においては、まず、ロボットアーム等を用い
て、カセット内から半導体ウエハ１９を取り出し、側面
窓から中チャンバ１２内へ入れ、チャンバ内の所定位置
に配置されているサセプタ１８上に載置する。

【００３６】半導体ウエハ１９の載置固定後、サセプタ
１８を駆動装置（不図示）により所定速度で回転させな
がら、反応チャンバ１１外に設置されたハロゲンランプ
等のヒータ２０によってエピタキシャル成長膜形成条件
に必要な高温（約１０００℃）まで半導体ウエハ１９を
加熱する。

【００３７】昇温開始前のパージ時から流路１３へ基準
ガスとしての水素ガスの送り込みを開始し、ガス流速や
圧力を調整しつつ中チャンバ１２上面２の内壁面に沿っ
て水素ガス層流を形成する。この水素ガス層流を維持し
ながらガス供給口１６からシリコン材料ガスを含む反応
ガスのチャンバ内への供給を始め、エピタキシャル成長
を開始する。

【００３８】このエピタキシャル膜形成の間中、水素ガ
スの層流が、中チャンバ１２上面の内壁面および反応チ
ャンバ１１上内壁面への反応ガスの接触を防ぐため、半
導体ウエハ１９の上部領域にシリコン生成物が付着する
ことも、付着物がウエハ表面に落下してくることもな
く、さらに異なる半導体ウエハ１９毎のエピタキシャル
成長処理工程における反応チャンバ１１内を常に一定の
条件にできるため、一定品質のエピタキシャル成長膜が
形成された半導体ウエハが得られる。

【００３９】なお、本実施形態においては、中チャンバ
１２は反応チャンバ１１同様に筐体形状を持つものであ
ることから、その上面は水平であり、すべての貫通孔１
７の貫通方向は、上面からの所望の傾斜角度を設定すれ
ば、互いに平行に均一なものを形成すればよいので、チ
ャンバの設計および制作が容易である。

【００４０】また、ここでは、半導体ウエハ１９上への
シリコン生成付着物の落下を防止することを主眼点とし
て中チャンバ１２の上面領域にのみ水素ガス層流を形成
する構成を示したが、それ以外の中チャンバ１２下面や
側面にも貫通孔１７を設けて水素ガス層流を形成しても
良い。水素ガス層流が形成される壁面では、シリコン生
成物が付着しないので、チャンバの洗浄工程が簡略化で
き、装置管理も簡便となる。

【００４１】（実施の形態３）次に、本発明の第３の実
施の形態として、縦型石英管からなる枚葉式チャンバを
基本とした反応チャンバを備えたエピタキシャル成長装
置を図４の縦断面図に示す。この形式のチャンバは、管
の上部から下部へ向けてガスを流通させるものである。

【００４２】本実施形態によるエピタキシャル成長装置
は、縦管状の石英製反応チャンバ２１と、この反応チャ
ンバ２１内に一回り小さい同型の管状石英製中チャンバ
２２とからなる二重チャンバを備え、管中央部の台状サ
セプタ２８上に一枚の半導体ウエハ２９が載置されるも
のである。

【００４３】本実施形態においては、中チャンバ２２が
基準ガス層流を形成するためのインナー壁を構成するも
のである。ここでは、反応ガスは上部から下部へ流れる
ものであるため、上面天井領域へのシリコン生成物の付
着はほとんどないことから、管中央に位置決めされる半
導体ウエハ２９に対して上方領域となる反応チャンバ２
１の上下面を除く側面全周に対向する中チャンバ２２の
側面全周に、その内壁面に沿った基準ガス層流を形成す
るものとする。

【００４４】即ち、反応チャンバ２１側面全周の内壁面
と中チャンバ２２の側面全周との間の空隙に上端側の基
準ガス導入口２４から、下端のガス排出口２５へ向かう
基準ガスの流路２３を形成し、中チャンバ２２の側面全
周領域に貫通孔２７を形成することによって中チャンバ
２２側面全周の内壁面に沿って上部から下部に向かう基
準ガス層流が形成される。

【００４５】このように、半導体ウエハ２９の上方に位
置する反応チャンバ２１の側面全周の内壁面には、水素
ガスの層流が中チャンバ２２側面全周によって形成され
ることになるので、半導体ウエハ２９表面に反応チャン
バ２１頭頂部の材料ガス流入口２６から送り込まれるシ
リコン材料ガスを含む反応ガスが半導体ウエハ２９の上
方に位置する反応チャンバ２１の側面に達しても、水素
ガスの層流が防壁となり、中チャンバ２２側面全周の内
壁面および反応チャンバ２１側面全周の内壁面に反応ガ
スが接することはなく、シリコン生成物の付着は避けら
れ、付着物の落下も生じない。

【００４６】上記のごとき構成のエピタキシャル成長装
置における半導体ウエハ２９表面へのエピタキシャル成
長処理工程においては、まず、たとえば管底部から、半
導体ウエハ２９を固定載置したサセプタ２８を中チャン
バ２２内へ入れ、所定位置まで上昇させて位置決めす
る。

【００４７】位置決め後、サセプタ２８を駆動装置（不
図示）により所定速度で回転させながら、反応チャンバ
２１外に設置された高周波コイル等のヒータ３０によっ
てエピタキシャル成長膜形成条件に必要な高温（約１０
００℃）まで半導体ウエハ２９を加熱する。

【００４８】昇温開始前のパージ時から流路２３へ基準
ガスとしての水素ガスの送り込みを開始し、ガス流速や
圧力を調整しつつ中チャンバ２２側面全周の内壁面に沿
って水素ガス層流を形成する。この水素ガス層流を維持
しながらガス供給口２６からシリコン材料ガスを含む反
応ガスのチャンバ内への供給を始め、エピタキシャル成
長を開始する。

【００４９】このエピタキシャル膜形成の間中、水素ガ
スの層流が、中チャンバ２２側面全周の内壁面および反
応チャンバ２１側面全周の内壁面への反応ガスの接触を
防ぐため、半導体ウエハ２９の上方領域にシリコン生成
物が付着することも、付着物がウエハ表面に落下してく
ることもなく、さらに異なる半導体ウエハ２９毎のエピ
タキシャル成長処理工程における反応チャンバ２１内を
一定の条件に再現できるため、本エピタキシャル成長装
置によって得られる半導体ウエハは常に一定の品質であ
る。

【００５０】（実施の形態４）次に、本発明の第４の実
施形態として、最も古くから用いられているタイプであ
る横置きの直管石英管を基本とした反応チャンバを備え
たエピタキシャル成長装置を図５の縦断面図に示す。

【００５１】この形式のチャンバは、通常、反応ガスが
管内をほぼ水平方向に流通する構成を持つものであるの
で、複数の半導体ウエハについて同時にエピタキシャル
成長膜形成を行うために、半導体ウエハを載置するサセ
プタをガスの進行方向に向けて高くなるように傾斜させ
ている。

【００５２】本実施形態によるエピタキシャル成長装置
は、横置きの直管石英管からなる反応チャンバ３１と、
この反応チャンバ３１内に一回り小さい石英製の中直管
３２を備え、管中央部に傾斜して設置される長方形盤状
サセプタ３８上に複数の半導体ウエハ３９が載置される
ものである。

【００５３】本実施形態においては、中直管３２が基準
ガス層流を形成するためのインナー壁を構成するもので
ある。ここでは、半導体ウエハ３９上部の天井領域であ
る中直管３２の上面だけでなく、管壁面全体へのシリコ
ン生成物の付着を防ぐため、中直管３２の全周に亘る全
側面に、その内壁面に沿った基準ガス層流を形成するも
のとする。

【００５４】即ち、反応チャンバ３１の全周側面の内壁
面と中直管３２の全周側面との間の空隙に一端側の基準
ガス導入口３４から、他端のガス排出口３５へ向かう基
準ガスの流路３３を形成し、中直管３２の全周側面に貫
通孔３７を形成することによって中直管３２全周側面の
内壁面に沿って略水平方向に流通する基準ガス層流が形
成される。

【００５５】このように、半導体ウエハ３９の上に位置
する反応チャンバ３１の上面を含む全周側面の内壁面に
は、水素ガスの層流が中直管３２の全周側面によって形
成されることになるので、半導体ウエハ３９表面に反応
チャンバ３１一端側の材料ガス流入口３６から送り込ま
れるシリコン材料ガスを含む反応ガスが反応チャンバ３
１の側面近くに達しても、水素ガスの層流が防壁とな
り、中直管３２全周側面の内壁面および反応チャンバ３
１全周側面の内壁面に反応ガスが接することはなく、シ
リコン生成物の付着は避けられる。

【００５６】上記のごとき構成のエピタキシャル成長装
置における複数枚の半導体ウエハ３９表面へのエピタキ
シャル成長処理工程においては、まず、たとえば管の一
端側窓（不図示）から、順次一枚ずつ半導体ウエハ３９
を反応チャンバ３１内へ入れて傾斜したサセプタ３８上
に載置する。

【００５７】各半導体ウエハ３９の載置固定後、反応チ
ャンバ３１外に設置された高周波コイルあるいは赤外ラ
ンプ等のヒータ４０によってエピタキシャル成長膜形成
条件に必要な高温（約１０００℃）まで全半導体ウエハ
３９を加熱する。

【００５８】昇温開始前のパージ時から流路３３へ基準
ガスとしての水素ガスの送り込みを開始し、ガス流速や
圧力等の条件を調整しつつ中直管３２全周側面の内壁面
に沿って水素ガス層流を形成する。この水素ガス層流を
維持しながらガス供給口３６からシリコン材料ガスを含
む反応ガスのチャンバ内への供給を始め、エピタキシャ
ル成長を開始する。

【００５９】このエピタキシャル膜形成の間中、水素ガ
スの層流が、中直管３２全周側面の内壁面および反応チ
ャンバ３１全周側面の内壁面への反応ガスの接触を防ぐ
ため、半導体ウエハ３９の上方領域を含む全側面領域に
シリコン生成物が付着することも、付着物がウエハ表面
に落下してくることもなく、さらに異なる半導体ウエハ
３９毎のエピタキシャル成長処理工程における反応チャ
ンバ３１内を一定の条件に再現できるため、本エピタキ
シャル成長装置によって得られる半導体ウエハは常に一
定の品質であると共に、チャンバの洗浄工程が簡略化で
きる。

【００６０】（実施の形態５）次に、本発明の第５の実
施形態として、バレル型の石英シリンダを基本とした反
応チャンバを備えたエピタキシャル成長装置を図６の縦
断面図に示す。このバレル型の形式は、反応チャンバ中
に懸架された多角錐台状サセプタの各側面に半導体ウエ
ハを載置固定し、上方から下方へ反応ガスを流通させる
ものであり、サセプタを中心軸回りに回転させることに
よって膜厚、抵抗率の均一性を確保しようとする方式で
ある。

【００６１】本実施形態によるエピタキシャル成長装置
は、バレル型石英シリンダからなる反応チャンバ４１
と、この反応チャンバ４１内に一回り小さい石英製の中
シリンダ４２を備え、シリンダ中に多角錐台状のサセプ
タ４８が中心軸回りに回転可能に懸架されており、この
サセプタ４８の各側面に複数の半導体ウエハ４９が載置
固定されるものである。

【００６２】本実施形態においては、中シリンダ４２が
基準ガス層流を形成するためのインナー壁を構成するも
のである。ここでは、反応ガスは上方から下方へ流れる
ものであるため、上面天井領域へのシリコン生成物の付
着はほとんどない。

【００６３】しかしながら、多角錐台状のサセプタ４８
の側面上に載置される複数枚の半導体ウエハ４９は、図
６にも示すように縦方向に並べられるのが一般的であ
り、下方に配置される半導体ウエハ４９にとっては、そ
の上方に位置する反応チャンバ４１の筒状側面からのシ
リコン生成付着物の落下は問題となる。そこで、本実施
形態では、反応チャンバ４１の側面に対向する中シリン
ダ４２の上下面を除く側面全周に、その内壁面に沿った
基準ガス層流を形成するものとする。

【００６４】即ち、反応チャンバ４１の側面全周の内壁
面と中シリンダ４２の全周側面との間の空隙に上端側の
基準ガス導入口４４から、下端のガス排出口４５へ向か
う基準ガスの流路４３を形成し、中シリンダ４２の側面
全周に貫通孔４７を形成することによって中シリンダ４
２側面全周の内壁面に沿って縦方向に流通する基準ガス
層流が形成される。

【００６５】このように、半導体ウエハ４９の上方に位
置する反応チャンバ４１の側面全周の内壁面には、水素
ガスの層流が中シリンダ４２の全周側面によって形成さ
れることになるので、半導体ウエハ４９表面に反応チャ
ンバ４１上部の材料ガス流入口４６から送り込まれるシ
リコン材料ガスを含む反応ガスが反応チャンバ４１の側
面近くに達しても、水素ガスの層流が防壁となり、中シ
リンダ４２全周側面の内壁面及び反応チャンバ４１全周
側面の内壁面に反応ガスが接することはなく、シリコン
生成物の付着は生じない。

【００６６】上記のごとき構成のエピタキシャル成長装
置における複数枚の半導体ウエハ４９表面へのエピタキ
シャル成長処理工程においては、まず、たとえばサセプ
タ４８を反応チャンバ４１から引き上げた状態で半導体
ウエハ４９をサセプタ４８の側面上に載置固定し、その
後サセプタ４８を反応チャンバ４１内へ下げる。

【００６７】各半導体ウエハ４９の載置固定後、サセプ
タ４８を駆動装置（不図示）により所定速度で中心軸回
りに回転させながら、反応チャンバ４１外に設置された
赤外ランプあるいは高周波コイル等のヒータ５０によっ
てエピタキシャル成長膜形成条件に必要な高温（約１０
００℃）まで全半導体ウエハ４９を加熱する。

【００６８】昇温開始前のパージ時から流路４３へ基準
ガスとしての水素ガスの送り込みを開始し、ガス流速や
圧力等の条件を調整しつつ中シリンダ４２側面全周の内
壁面に沿って水素ガス層流を形成する。この水素ガス層
流を維持しながら上部のガス供給口４６からシリコン材
料ガスを含む反応ガスのチャンバ内下方への供給を始
め、エピタキシャル成長を開始する。

【００６９】このエピタキシャル膜形成の間中、水素ガ
スの層流が、中シリンダ４２全周側面の内壁面および反
応チャンバ４１全周側面の内壁面への反応ガスの接触を
防ぐため、半導体ウエハ４９の上方に位置する領域にシ
リコン生成物が付着することも、付着物がウエハ表面に
落下してくることもなく、さらに異なる半導体ウエハ４
９毎のエピタキシャル成長処理工程における反応チャン
バ４１内を常にほぼ一定の条件に再現できるため、欠陥
のない一定品質のエピタキシャル成長膜が形成された半
導体ウエハが得られる。

【００７０】（実施の形態６）次に、本発明の第６の実
施形態として、上記第５の実施形態で示したバレル型を
逆さにした釣り鐘状の石英シリンダを基本とした反応チ
ャンバを備えたエピタキシャル成長装置を図７の縦断面
図に示す。この釣り鐘状の逆バレル型の形式は、反応チ
ャンバ中に立設された多角錐台状サセプタの角側面に半
導体ウエハを載置固定し、サセプタを中心軸回りに回転
させながら上方から下方へ反応ガスを流通させるもので
ある。

【００７１】本実施形態によるエピタキシャル成長装置
は、釣り鐘状の逆バレル型石英シリンダからなる反応チ
ャンバ５１と、この反応チャンバ５１内に一回り小さい
石英製の釣り鐘状（底面なし）中シリンダ５２を備え、
シリンダ中に多角錐台状のサセプタ５８が中心軸回りに
回転可能に立設されており、このサセプタ５８の各側面
に複数の半導体ウエハ５９が載置固定されるものであ
る。

【００７２】本実施形態においては、中シリンダ５２が
基準ガス層流を形成するためのインナー壁を構成するも
のであり、反応チャンバ５１の略半球状の上面とそれに
連通する筒状側面とに対向する中シリンダ５２全面にそ
の内壁面に沿った基準ガス層流を形成するものとする。

【００７３】即ち、反応チャンバ５１の略半球状の上面
および筒状側面の内壁面と中シリンダ５２の全面との間
の空隙に上端側の基準ガス導入口５４から、下端のガス
排出口５５へ向かう基準ガスの流路５３を形成し、中シ
リンダ５２の全面に亘って多数の貫通孔５７を形成する
ことによって中シリンダ５２の全内壁面に沿って縦方向
に流通する基準ガス層流が形成される。

【００７４】このように、半導体ウエハ５９を覆う反応
チャンバ５１の底面を除く全内壁面には、水素ガスの層
流が中シリンダ５２によって形成されることになるの
で、半導体ウエハ５９表面に反応チャンバ５１頂部の材
料ガス流入口５６から送り込まれるシリコン材料ガスを
含む反応ガスが反応チャンバ５１の内壁面近くに達して
も、水素ガスの層流が防壁となり、中シリンダ５２全内
壁面及び反応チャンバ５１の底面を除くほぼ全内壁面に
反応ガスが接することはなく、シリコン生成物の付着は
生じない。

【００７５】上記のごとき構成のエピタキシャル成長装
置における複数枚の半導体ウエハ５９表面へのエピタキ
シャル成長処理工程においては、まず、たとえばシリン
ダ底部窓（不図示）から、順次一枚ずつ半導体ウエハ５
９を反応チャンバ５１内へ入れて多角錐台状のサセプタ
５８の側面上に載置固定する。

【００７６】各半導体ウエハ５９の載置固定後、サセプ
タ５８を駆動装置（不図示）により所定速度で中心軸回
りに回転させながら、反応チャンバ５１外に設置された
赤外ランプあるいは高周波コイル等のヒータ６０によっ
てエピタキシャル成長膜形成条件に必要な高温（約１０
００℃）まで全半導体ウエハ５９を加熱する。

【００７７】昇温開始前のパージ時から流路５３への基
準ガスとしての水素ガスの送り込みを開始し、ガス流速
や圧力等の条件を調整しつつ中シリンダ５２全内壁面に
沿って水素ガス層流を形成する。この水素ガス層流を維
持しながら頂部のガス供給口５６からシリコン材料ガス
を含む反応ガスのチャンバ内下方への供給を始め、エピ
タキシャル成長を開始する。

【００７８】このエピタキシャル膜形成の間中、水素ガ
スの層流が、中シリンダ５２の全内壁面および反応チャ
ンバ５１の底面を除く全内壁面への反応ガスの接触を防
ぐため、半導体ウエハ５９の上方に位置する領域を含む
ほぼ全領域にシリコン生成物が付着することも、付着物
がウエハ表面に落下してくることもなく、さらに異なる
半導体ウエハ５９毎のエピタキシャル成長処理工程にお
ける反応チャンバ５１内をに一定の条件に再現できるた
め、本エピタキシャル成長装置によって得られる半導体
ウエハは常に一定の品質であると共に、チャンバの洗浄
工程が簡略化できる。

【００７９】（実施の形態７）次に、本発明の第７の実
施形態として、ディスク型の石英あるいはステンレス等
の金属製ベルジャを基本とした反応チャンバを備えたエ
ピタキシャル成長装置を図８の縦断面図に示す。このベ
ルジャ型の形式は、回転するディスク状（ドーナツ円盤
状）のサセプタの中央部からノズルによって反応ガスを
反応チャンバ内へ供給するものである。また、この形式
では、通常、高周波コイル等のヒータはベルジャ内に配
置される。

【００８０】本実施形態によるエピタキシャル成長装置
は、石英あるいはステンレス等の金属製ベルジャからな
る反応チャンバ６１と、この反応チャンバ６１内に一回
り小さい石英あるいは金属製の中ベルジャ（底面なし）
６２を備え、ベルジャ内にディスク状（ドーナツ円盤
状）のサセプタ６８が中心軸回りに回転可能に配置され
ている。

【００８１】このサセプタ６８の下面側に高周波コイル
等のヒータ７０も設置されている。また、サセプタ６８
の中央部には、材料ガスを含む反応ガスをチャンバ内へ
噴出するガス供給口６６を先端に持つノズルＮが備えら
れている。

【００８２】本実施形態においては、中ベルジャ６２が
基準ガス層流を形成するためのインナー壁を構成するも
のであり、半導体ウエハ６９の上部を覆う反応チャンバ
６１の略半球状の上面とそれに連通する筒状側面とに対
向する中ベルジャ６２全面にその内壁面に沿った基準ガ
ス層流を形成するものとする。

【００８３】即ち、反応チャンバ６１の略半球状の上面
および筒状側面の内壁面と中ベルジャ６２の全面との間
の空隙に頂部の基準ガス導入口６４から、底面部のガス
排出口６５へ向かう基準ガスの流路６３を形成し、中ベ
ルジャ６２の全面に亘って多数の貫通孔６７を形成する
ことによって中ベルジャ６２の全内壁面に沿って流通す
る基準ガス層流が形成される。

【００８４】このように、半導体ウエハ６９を覆う反応
チャンバ６１の上面および筒状側面の内壁面には、水素
ガスの層流が中ベルジャ６２によって形成されることに
なるので、反応チャンバ６１内にノズルＮ先端のガス供
給口６６から噴出されるシリコン材料ガスを含む反応ガ
スが反応チャンバ６１の内壁面近くに達しても、水素ガ
スの層流が防壁となり、中ベルジャ６２全内壁面及び反
応チャンバ６１の底面を除くほぼ全内壁面に反応ガスが
接することはなく、シリコン生成物の付着は生じない。

【００８５】上記のごとき構成のエピタキシャル成長装
置における複数枚の半導体ウエハ６９表面へのエピタキ
シャル成長処理工程においては、まず、たとえばベルジ
ャ側面窓（不図示）から、順次一枚ずつ半導体ウエハ６
９を反応チャンバ６１内へ入れてディスク状のサセプタ
６８上に載置固定する。

【００８６】各半導体ウエハ６９の載置固定後、サセプ
タ６８を駆動装置（不図示）により所定速度で中心軸回
りに回転させながら、サセプタ６８の下面側に設置され
た高周波コイル等のヒータ７０によってエピタキシャル
成長膜形成条件に必要な高温（約１０００℃）まで全半
導体ウエハ６９を加熱する。

【００８７】昇温開始前のパージ時から流路６３への基
準ガスとしての水素ガスの送り込みを開始し、ガス流速
や圧力等の条件を調整しつつ中ベルジャ６２の全内壁面
に沿って水素ガス層流を形成する。この水素ガス層流を
維持しながら反応チャンバ内６１に挿入されているノズ
ルＮ先端のガス供給口６６からのシリコン材料ガスを含
む反応ガスの噴出供給を始め、エピタキシャル成長を開
始する。

【００８８】このエピタキシャル膜形成の間中、水素ガ
スの層流が、中ベルジャ６２の全内壁面および反応チャ
ンバ６１の底面を除くほぼ全内壁面への反応ガスの接触
を防ぐため、半導体ウエハ６９の上方に位置する領域を
含むほぼ全領域にシリコン生成物が付着することも、付
着物がウエハ表面に落下してくることもなく、さらに異
なる半導体ウエハ６９毎のエピタキシャル成長処理工程
における反応チャンバ６１内を一定の条件に再現できる
ため、本エピタキシャル成長装置によって得られる半導
体ウエハは常に一定の品質であると共に、チャンバの洗
浄工程が簡略化できる。

【００８９】なお、以上の第１〜第７の実施形態におい
ては、反応チャンバ内壁面に沿った基準ガスの層流を形
成する手段として、複数の貫通孔を備えたインナー壁を
備えた場合を示したが、本発明は、これに限定されるも
のではなく、反応チャンバ内壁面へのシリコン生成物の
付着を防止できる基準ガス層流が形成できる構成であれ
ば、広く利用可能である。

【００９０】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明のエピタキ
シャル成長装置によれば、反応チャンバ内壁面へのシリ
コン生成物の付着を防止することができるため、付着物
の半導体ウエハ表面への落下も回避できるだけでなく、
付着物生成による反応チャンバ内の反応ガス雰囲気を変
化させる悪影響も低減される。従って、一定の反応条件
が再現できるため、常に一定の品質のエピタキシャル成
長膜が形成された半導体ウエハが得られると共に、チャ
ンバ内の洗浄工程が簡略化でき、装置管理が従来より簡
便となるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態によるエピタキシャル
成長装置を示す概略構成図であり、（ａ）はＸ−Ｘ部縦
断面図、（ｂ）は上方から透視した平面図である。

【図２】図１のインナー壁２に形成される貫通孔７の貫
通方向を背つめするための模式図である。

【図３】本発明の第２の実施形態によるエピタキシャル
成長装置を示す概略構成図であり、（ａ）は正面から見
たＺ−Ｚ部縦断面図、（ｂ）は側面から見たＹ−Ｙ部縦
断面図である。

【図４】本発明の第３の実施形態によるエピタキシャル
成長装置を示す概略構成図である。

【図５】本発明の第４の実施形態によるエピタキシャル
成長装置を示す概略構成図である。

【図６】本発明の第５の実施形態によるエピタキシャル
成長装置を示す概略構成図である。

【図７】本発明の第６の実施形態によるエピタキシャル
成長装置を示す概略構成図である。

【図８】本発明の第７の実施形態によるエピタキシャル
成長装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１，１１，２１，３１，４１，５１，６１：反応チャン
バ ２，１２，２２，３２，４２，５２，６２：インナー壁 ３，１３，２３，３３，４３，５３，６３：基準ガス
（水素ガス）流路 ４，１４，２４，３４，４４，５４，６４：水素ガス導
入口 ５，１５，２５，３５，４５，５５，６５：ガス排出口 ６，１６，２６，３６，４６，５６，６６：反応ガス供
給口 ７，１７，２７，３７，４７，５７，６７：貫通孔 ８，１８，２８，３８，４８，５８，６８：サセプタ ９，１９，２９，３９，４９，５９，６９：半導体ウエ
ハ １０，２０，３０，４０，５０，６０，７０：ヒータ

───────────────────────────────────────────────────── 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応チャンバの内部で高温下の半導体ウ
   エハの表面に反応ガスの還元または熱分解によってＳｉ
   エピタキシャル層を析出成長させるエピタキシャル成長
   装置において、 前記反応チャンバの内壁面のうち、少なくともチャンバ
   内に載置される半導体ウエハの上部を覆う領域に、前記
   内壁面に沿ってシリコン材料ガスを含まないガスの層流
   を形成する手段を備えたことを特徴とするエピタキシャ
   ル成長装置。
2. 【請求項２】 前記シリコン材料ガスを含まないガスの
   層流を形成する手段は、前記内壁面から予め定められた
   距離だけ内側に前記領域に亘って配置されたインナー壁
   と、 このインナー壁と前記内壁面との間にシリコン材料ガス
   を含まないガスを流通させるガス流通手段と、を備え、 前記インナー壁は、前記内壁面との間に流通するシリコ
   ン材料ガスを含まないガスをインナー壁内面側へ導入し
   て層流を成す複数の貫通孔を有する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装置。
3. 【請求項３】 前記貫通孔は、１ｍｍ以上、１０ｍｍ以
   下の直径を持つことを特徴とする請求項２に記載のエピ
   タキシャル成長装置。