JPH11240797A - エピタキシャル成長装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エピタキシャル成長処理工程中においてチャ
ンバ内に配置された半導体ウエハの加熱温度を均一に維
持でき、良好なエピタキシャル成長が行えるエピタキシ
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、反応チャンバ外からチャンバ内の半導体ウエハへ輻
射熱を照射する加熱手段からの前記輻射熱を透過する領
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】一般的に反応チャンバは石英製であるが、
シリコン付着物のチャンバ内壁面への堆積に伴って、チ
ャンバ壁は遮光されると共に、加熱手段からのチャンバ
壁を透過してくる輻射熱照射量も経時的に減少変化し、
チャンバ内に配置された半導体ウエハの加熱温度が均一
に維持できなくなり、所望の良好なエピタキシャル成長
が行えない恐れがある。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑み、エピタキシ
ャル成長処理工程中においてチャンバ内に配置された半
導体ウエハの加熱温度を均一に維持でき、良好なエピタ
キシャル成長が行えるエピタキシャル成長装置を得るこ
とを目的とする。

【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、前記反応チャンバ外からチャンバ内の半導体ウ
エハへ輻射熱を照射する加熱手段を備え、前記反応チャ
ンバの内壁面のうち、少なくとも前記加熱手段からの輻
射熱を透過する領域に、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、少なくとも加熱手段か
らの輻射熱を透過する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、加熱手段からの輻射熱透過領域で
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
物の堆積が生じないので、付着物の遮蔽によるチャンバ
壁を透過する加熱手段からの輻射熱照射量の経時的減少
はなく、チャンバ内に配置された半導体ウエハの加熱温
度を均一に維持できるため、常に安定したエピタキシャ
ル成長条件が得られ、一定で良好なエピタキシャル成長
膜が形成された高品質の半導体ウエハの提供が可能とな
る。

【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、ハロゲンランプ等のヒータ（加熱手
段）１０が反応チャンバ１の天井領域の外に配置に備え
られている。

【００１９】そこで、この天井領域の内壁面にシリコン
生成物が付着してヒータ１０からの輻射熱を遮蔽し、反
応チャンバ１内の半導体ウエハ９への加熱照射量を減少
変化させることを防ぐため、反応チャンバ１の上部天井
領域に亘って、内壁面から所定距離だけ内側に、基準ガ
スの層流を形成するための石英製インナー壁２を二重チ
ャンバ状に配置した。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】このように、反応チャンバ１の内壁面に
は、ヒータ１０からの輻射熱の透過領域である天井領域
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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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
外に設置されたヒータ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。

【００２８】昇温開始前のパージの時から流路３への水
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。

【００２９】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、ヒータ１０から
の輻射熱の透過領域である反応チャンバ１の天井領域に
シリコン生成物が付着堆積することがないので、ヒータ
１０からの輻射熱照射量が減少変化することなく、半導
体ウエハ９への加熱温度を均一に維持でき、安定したエ
ピタキシャル成長条件が得られるため、一定で高品質の
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。又、付着物除去のためのチャンバの洗浄工程も簡
略化できる。

【００３０】（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。

【００３１】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。

【００３２】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、ハロゲンランプ等のヒータ２０が反応チャン
バ１１の上面及び下面の外に配置されている。

【００３３】ここでは、反応チャンバ１１上面領域の内
壁面にシリコン生成物が付着してヒータ２０からの輻射
熱を遮蔽し、反応チャンバ１１内の半導体ウエハ１９へ
の加熱照射量を減少変化させることを防ぐため、反応チ
ャンバ１１上面の内側に基準ガスの層流を形成するため
のインナー壁を設けた。

【００３４】本実施形態においては、反応チャンバ１１
内にこれより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を構成し、中チャンバ１２の上面
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。

【００３５】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。

【００３６】このように、反応チャンバ１１の上方に位
置するヒータ２０からの輻射熱の透過領域である反応チ
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
上面近くに達しても、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
の付着堆積は避けられる。

【００３７】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。

【００３８】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１
０００℃）まで半導体ウエハ１９を加熱する。

【００３９】昇温開始前のパージ時から流路１３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。

【００４０】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、上
部ヒータ２０からの輻射熱の透過領域である反応チャン
バ１１の上面領域にシリコン生成物が付着堆積すること
がないので、上部ヒータ２０からの輻射熱照射量が減少
変化することなく、半導体ウエハ１９への加熱温度を均
一に維持でき、安定したエピタキシャル成長条件が得ら
れるため、一定で高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。

【００４１】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。

【００４２】また、ここでは、主に反応チャンバ１１の
上部に配置されたヒータ２０からの輻射熱の透過率の減
少を防止するために、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。それによって反応チャンバ１
１の下方に配置されたヒータ２０からの輻射熱の透過率
減少も防止できると共に、シリコン生成物が付着しない
壁面が多いほど、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。

【００４３】（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。

【００４４】本実施形態によるエピタキシャル成長装置
は、中央部に一枚の半導体ウエハ２９が載置される台状
のサセプタ２８が設置された縦管状の石英製反応チャン
バ２１を備え、高周波コイル等のヒータ３０が反応チャ
ンバ２１の中央筒状領域の左右両側に配置されたもので
ある。

【００４５】ここでは、反応チャンバ２１の中央筒状領
域の内壁面にシリコン生成物が付着してヒータ３０から
の輻射熱を遮蔽し、反応チャンバ２１内の半導体ウエハ
２９への加熱照射量を減少変化させることを防ぐため、
反応チャンバ２１の筒状領域の内側に基準ガスの層流を
形成するためのインナー壁を設けた。

【００４６】本実施形態においては、反応チャンバ２１
内にこれより一回り小さい同型の管状石英製中チャンバ
２２を備え、この中チャンバ２２の筒状領域が基準ガス
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。

【００４７】即ち、反応チャンバ２１の筒状領域の側内
壁面（全周）と中チャンバ２２の筒状領域の側面全周と
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の筒状領域の側面全周に貫通孔２７を形
成することによってその中チャンバ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。

【００４８】このように、反応チャンバ２１の両側に位
置するヒータ３０からの輻射熱の透過領域である反応チ
ャンバ２１の筒状側面の内壁面には、水素ガスの層流が
中チャンバ２２の筒状側面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反応チャンバ２１の側面近くに達
しても、水素ガスの層流が防壁となり、中チャンバ２２
の筒状領域の内側面および反応チャンバ２１の筒状領域
の内側面に反応ガスが接することはなく、シリコン生成
物の付着堆積はは避けられる。

【００４９】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。

【００５０】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外の両側に設置されたヒータ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１０００℃）ま
で半導体ウエハ２９を加熱する。

【００５１】昇温開始前のパージ時から流路２３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
や圧力を調整しつつ中チャンバ２２筒状領域の内側面に
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
反応ガスの反応チャンバ２１内への供給を始め、エピタ
キシャル成長を開始する。

【００５２】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筒状領域の内側面および反
応チャンバ２１の筒状領域の内側面への反応ガスの接触
を防ぐため、ヒータ３０からの輻射熱の透過領域である
反応チャンバ２１の筒状領域にシリコン生成物が付着堆
積することがないので、ヒータ３０からの輻射熱照射量
が減少変化することなく、半導体ウエハ２９への加熱温
度を均一に維持でき、安定したエピタキシャル成長条件
が得られるため、一定で高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。

【００５３】（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。

【００５４】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。

【００５５】本実施形態によるエピタキシャル成長装置
は、管内に長方形盤状サセプタ３８が傾斜して設置され
る横置きの直管石英管からなる反応チャンバ３１を備
え、この反応チャンバ３１の上方及び下方の外に、高周
波コイルあるいは赤外ランプ等のヒータ４０が配置され
たものである。

【００５６】ここでは、反応チャンバ３１の直管中央部
領域の上下内壁面にシリコン生成物が付着してヒータ４
０からの輻射熱を遮蔽し、反応チャンバ３１内の半導体
ウエハ３９への加熱照射量を減少変化させることを防ぐ
ため、反応チャンバ３１の管中央領域の内側に基準ガス
の層流を形成するためのインナー壁を設けた。

【００５７】本実施形態においては、反応チャンバ３１
内にこれより一回り小さい石英製の中直管３２を備え、
この中直管３２の管中央領域の上下面が基準ガス層流を
形成するためのインナー壁を構成するものである。

【００５８】即ち、反応チャンバ３１の管中央領域の上
内壁面と中直管３２の管中央領域の上面との間および反
応チャンバ３１の管中央領域の下内壁面と中直管３２の
管中央領域の下面との間の両空隙にそれぞれ一端側の基
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の管中央領域
の上下面に貫通孔３７を形成することによって、中直管
３２管中央領域の上下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。

【００５９】このように、反応チャンバ３１の上方およ
び下方に位置するヒータ４０からの輻射熱の透過領域で
ある反応チャンバ３１の管中央領域の上下内壁面には、
水素ガスの層流が中直管３２の管中央領域の上下面によ
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３１の上下面近くに達しても、水素ガスの層流が防
壁となり、中直管３２の管中央領域の上下内壁面および
反応チャンバ３１の管中央領域の上下内壁面に反応ガス
が接することはなく、シリコン生成物の付着堆積は避け
られる。

【００６０】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。

【００６１】各半導体ウエハ３９の載置固定後、反応チ
ャンバ３１外の上下に設置されたヒータ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。

【００６２】昇温開始前のパージの時から流路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。

【００６３】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の管中央領域の上下内壁面およ
び反応チャンバ３１の管中央領域の上下内壁面への反応
ガスの接触を防ぐため、ヒータ４０からの輻射熱の透過
領域である反応チャンバ３１の管中央領域にシリコン生
成物が付着堆積することがないので、ヒータ４０からの
輻射熱照射量が減少変化することなく、半導体ウエハ３
９への加熱温度を均一に維持でき、安定したエピタキシ
ャル成長条件が得られるため、一定で高品質のエピタキ
シャル成長膜が形成された半導体ウエハが得られる。

【００６４】なお、本実施形態では、ヒータ４０からの
輻射熱当麻か領域である反応チャンバ３１の上下面にの
み基準ガスの層流を形成する構成としたが、中直管３２
全周に亘って貫通孔３７を形成し、反応チャンバ３１全
周内壁面へのシリコン生成物の付着を防止する構成とし
てもよい。全周内壁面へのシリコン生成物付着が防止で
きれば、チャンバの洗浄工程が更に簡略化できる。

【００６５】（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。

【００６６】本実施形態によるエピタキシャル成長装置
は、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たバレル型石英シリンダからな
る反応チャンバ４１を備え、この反応チャンバ４１の中
央筒状領域の外周に赤外ランプあるいは高周波コイル等
のヒータ５０が配置されたものである。

【００６７】ここでは、反応チャンバ４１の中央筒状領
域の内壁面にシリコン生成物が付着してヒータ５０から
の輻射熱を遮蔽し、反応チャンバ４１内の半導体ウエハ
４９への加熱照射量を減少変化させることを防ぐため、
反応チャンバ４１の中央筒状領域の内側に基準ガスの層
流を形成するためのインナー壁を設けた。

【００６８】本実施形態においては、反応チャンバ４１
内にこれより一回り小さい石英製の中シリンダ４２を備
え、中シリンダ４２の中央筒状領域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。

【００６９】即ち、反応チャンバ４１の中央筒状領域の
内周壁面と中シリンダ４２の中央筒状領域側面（全周）
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の中央筒状領域側面全周に貫通孔４
７を形成することによって中シリンダ４２の中央筒状領
域側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。

【００７０】このように、ヒータ５０からの輻射熱の透
過領域である反応チャンバ４１の中央筒状領域の内周壁
面には、水素ガスの層流が中シリンダ４２中央筒状領域
の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４
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の中央筒状領域の内周
壁面及び反応チャンバ４１の中央筒状領域の内周壁面に
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。

【００７１】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。

【００７２】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外周に設置され
たヒータ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１０００℃）まで全半導体ウエハ４９を
加熱する。

【００７３】昇温開始前のパージの時から流路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の中央筒状
領域の内周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。

【００７４】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中央筒状領域の内周壁面お
よび反応チャンバ４１の中央筒状領域の内周壁面への反
応ガスの接触を防ぐため、反応チャンバ４１のヒータ５
０からの輻射熱の透過領域にシリコン生成物が付着堆積
することがないので、ヒータ５０からの輻射熱照射量が
減少変化することなく、半導体ウエハ４９への加熱温度
を均一に維持でき、安定したエピタキシャル成長条件が
得られるため、一定で高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。

【００７５】（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。

【００７６】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。

【００７７】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の外周に配置された赤外ラ
ンプあるいは高周波コイル等のヒータ６０からの輻射熱
の透過領域を含む反応チャンバ５１の筒状側面とその上
部の略半球状の上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。

【００７８】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。

【００７９】このように、反応チャンバ５１の底面を除
く全内壁面（ヒータ６０からの輻射熱の透過領域を含
む）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。

【００８０】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。

【００８１】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外周に設置され
たヒータ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１０００℃）まで全半導体ウエハ５９を
加熱する。

【００８２】昇温開始前のパージの時から流路５３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。

【００８３】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、ヒータ６０からの輻射熱の透過領域を含むほぼ
全領域にシリコン生成物が付着堆積することがないの
で、ヒータ５０からの輻射熱照射量が減少変化すること
なく、半導体ウエハ５９への加熱温度を均一に維持で
き、安定したエピタキシャル成長条件が得られるため、
一定で高品質のエピタキシャル成長膜が形成された半導
体ウエハが得られと共に、チャンバの洗浄工程が簡略化
できる。

【００８４】なお、以上の第１〜第６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。

【００８５】

【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、加熱手
段からの輻射熱の透過領域の付着堆積物による輻射熱の
遮蔽、加熱照射量の減少変化が回避できる。従って、半
導体ウエハへの加熱温度を均一に維持でき、安定したエ
ピタキシャル成長条件が得られるため、一定で高品質の
エピタキシャル成長膜が形成された半導体ウエハの提供
が可能となるだけでなく、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。

【符号の説明】

１，１１，２１，３１，４１，５１：反応チャンバ ２，１２，２２，３２，４２，５２：インナー壁 ３，１３，２３，３３，４３，５３：基準ガス（水素ガ
ス）流路 ４，１４，２４，３４，４４，５４：水素ガス導入口 ５，１５，２５，３５，４５，５５：ガス排出口 ６，１６，２６，３６，４６，５６：反応ガス供給口 ７，１７，２７，３７，４７，５７：貫通孔 ８，１８，２８，３８，４８，５８：サセプタ ９，１９，２９，３９，４９，５９：半導体ウエハ １０，２０，３０，４０，５０，６０：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、 前記反応チャンバ外からチャンバ内の半導体ウエハへ輻
   射熱を照射する加熱手段を備え、 前記反応チャンバの内壁面のうち、少なくとも前記加熱
   手段からの輻射熱を透過する領域に、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。