JPH1192280A - Silicon epitaxial vapor-phase growth apparatus - Google Patents

Silicon epitaxial vapor-phase growth apparatus

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JPH1192280A
JPH1192280A JP24508697A JP24508697A JPH1192280A JP H1192280 A JPH1192280 A JP H1192280A JP 24508697 A JP24508697 A JP 24508697A JP 24508697 A JP24508697 A JP 24508697A JP H1192280 A JPH1192280 A JP H1192280A
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JP
Japan
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bell jar
quartz
reaction chamber
silicon
quartz bell
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP24508697A
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Japanese (ja)
Inventor
Masao Sugino
将雄 杉野
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KIYOU ENGINEERING KK
Original Assignee
KIYOU ENGINEERING KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon epitaxial vapor-phase growth apparatus for growing a single crystal film on a semiconductor silicon substrate (silicon wafer) by a vapor-phase epitaxial growth technique. SOLUTION: In this vertical type silicon epitaxial growth apparatus of high frequency heating method, the shape of a quartz bell jar 14 is made into an elliptical form and the upper spherical face of the bell jar is directly brought into contact with the inner peripheral face of a bell jar 13 made of stainless steel having the same curvature as that of the quartz bell jar to improve cooling effects. The quartz bell jar 14 is equipped with an opening part 18 so that a silicon substrate 17a can be automatically taken in and out of a reaction chamber without opening the reaction chamber to the atmosphere.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体シリコン基
板(シリコンウェファ)上に、気相エピタキシャル成長
技術により、単結晶膜を成長させるシリコンエピタキシ
ャル気相成長装置に関する。
The present invention relates to a silicon epitaxial vapor deposition apparatus for growing a single crystal film on a semiconductor silicon substrate (silicon wafer) by a vapor phase epitaxial growth technique.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の高周波加熱、縦型エピタキシャル
成長装置の概略を図3に示す。図3に示すように、ステ
ンレス製ベースプレート01の上部には、反応室である
石英ベルジャー02及びその外周を覆うステンレス製ベ
ルジャー03が設けられている。該ステンレス製ベルジ
ャー03内は、下部のOリング04により内部が外部と
遮断できる構造となっている。この反応室内部のベース
プレート01の上部に設けられ、内部にワークコイル0
5を内部に配したコイルカバー06の中央開口部には、
サセプタ回転手段07により回転されるサセプター回転
サポート部材08が設けられている。該サポート部材0
8に設置されたカーボンサセプター09上には、シリコ
ン基板(シリコンウェファ)010が装填されており、
該シリコン基板010を装填したり取り出したりする際
には、上記ステンレス製ベルジャー03を上下動させる
上下動機構011により、上昇させることにより、反応
室を大きく開いた状態でシリコン基板010の着脱を行
っている。
2. Description of the Related Art FIG. 3 schematically shows a conventional high frequency heating and vertical epitaxial growth apparatus. As shown in FIG. 3, a quartz bell jar 02 serving as a reaction chamber and a stainless steel bell jar 03 covering the outer periphery of the quartz bell jar 02 are provided above the stainless steel base plate 01. The inside of the stainless steel bell jar 03 is structured so that the inside can be shut off from the outside by an O-ring 04 at the bottom. The work coil is provided above the base plate 01 inside the reaction chamber.
5 at the center opening of the coil cover 06 in which
A susceptor rotation support member 08 rotated by the susceptor rotation means 07 is provided. The support member 0
The silicon substrate (silicon wafer) 010 is loaded on the carbon susceptor 09 installed in the position 8.
When loading and unloading the silicon substrate 010, the silicon substrate 010 is attached and detached in a state where the reaction chamber is largely opened by raising the stainless steel bell jar 03 by an up-down movement mechanism 011 for vertically moving the bell jar 03. ing.

【0003】なお、上記ステンレス製ベルジャー03の
内壁には、該ステンレス製ベルジャー03と同様の半球
形状をした石英ベルジャー02が取付け金具012を用
いて取り付けられており、反応室に導入される腐蝕性ガ
スによって腐蝕されることを防いでいる。また、上記ス
テンレス製ベルジャー03と石英ベルジャー02との間
の隙間には、石英ベルジャー02を冷却するため及び腐
蝕性ガスの侵入を防ぐために、パージガス(水素または
窒素)013が流されている。
[0003] A quartz bell jar 02 having the same hemispherical shape as that of the stainless steel bell jar 03 is attached to the inner wall of the stainless steel bell jar 03 by using an attachment fitting 012, and the corrosiveness introduced into the reaction chamber. It prevents corrosion by gas. In addition, a purge gas (hydrogen or nitrogen) 013 flows in a gap between the stainless steel bell jar 03 and the quartz bell jar 02 in order to cool the quartz bell jar 02 and to prevent intrusion of corrosive gas.

【0004】上記サセプター09は、その下部に設けら
れた高周波ワークコイル05によって誘導加熱され、こ
れによりシリコン基板010も所要の温度(1,000〜1,1
50℃)まで加熱され、回転するサセプター09の中央部
を経由して石英ガスノズル014を介して導入される反
応ガス015によってエピタキシャル成長プロセスが行
われ、残余のガス016は排気部017を経由して自然
排気されている。なお、上記ステンレスベルジャー03
内部は、冷却のために冷却水018が充填されている。
The susceptor 09 is induction-heated by a high-frequency work coil 05 provided below the susceptor 09, so that the silicon substrate 010 is also heated to a required temperature (1,000 to 1,1).
(50 ° C.), the epitaxial growth process is performed by the reaction gas 015 introduced through the quartz gas nozzle 014 through the center of the rotating susceptor 09, and the remaining gas 016 is naturally discharged through the exhaust unit 017. Exhausted. The above stainless steel bell jar 03
The inside is filled with cooling water 018 for cooling.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の装置においては、以下のような問題がある。 上記反応ガス015がサセプター09中心部の一ヶ
所から導入され、サセプター外周方向に自然排気される
ため、1枚のウェファから見た場合、ガスの流れに対し
て上流・下流が形成されてしまい、例えサセプター09
が回転していても、サセプターの内周、外周方向(即
ち、放射方向)ではエピタキシャル成長の均一性がとり
にくい、という問題がある。ここで、石英ベルジャー0
2内壁へのシリコン化合物の付着については、サセプタ
ー09からの熱線により石英壁が一定温度以上に上昇す
ると付着が始まり、特に熱線が集中される石英ベルジャ
ー02頂上部付近に最も多く付着するが、この付着・堆
積の進行は、石英壁の温度が低ければ低いほど遅くでき
る。また、石英壁が一定温度以下であれば、この付着は
発生しない。
However, the above-mentioned conventional apparatus has the following problems. Since the reaction gas 015 is introduced from one location in the center of the susceptor 09 and is naturally exhausted in the outer peripheral direction of the susceptor, when viewed from one wafer, upstream and downstream are formed with respect to the gas flow, For example, susceptor 09
However, there is a problem that even when is rotated, it is difficult to obtain uniformity of epitaxial growth in the inner and outer circumferential directions (that is, in the radial direction) of the susceptor. Here, quartz bell jar 0
Regarding the adhesion of the silicon compound to the inner wall, the adhesion starts when the quartz wall rises to a certain temperature or higher due to the heat rays from the susceptor 09, and the silicon compound adheres most particularly near the top of the quartz bell jar 02 where the heat rays are concentrated. The progress of adhesion and deposition can be slowed down as the temperature of the quartz wall is lowered. If the quartz wall is at a certain temperature or lower, this adhesion does not occur.

【0006】 この石英インナーベルジャー02は取
り付け金具012を用いて、ステンレス製ベルジャー0
3内部に取り付けられるが、この時どうしても両ベルジ
ャーの間には2〜3mmの隙間ができてしまう。このた
め、大量のパージガス013を流して、石英ベルジャー
02壁から、冷却水018で水冷されたステンレス ベ
ルジャー03壁へのガスによる熱移動を行っている。ち
なみに、両ベルジャー02,03の間隙が数ミリメート
ル以上離れると急速に石英への付着・堆積・剥離が進行
し、事実上、エピタキシャル成長が不可能になる。
The quartz inner bell jar 02 is mounted on a stainless steel bell jar 0
However, at this time, there is a gap of 2 to 3 mm between both bell jars. For this reason, a large amount of purge gas 013 is supplied to perform heat transfer by gas from the wall of the quartz bell jar 02 to the wall of the stainless steel bell jar 03 cooled with water 018. Incidentally, when the gap between the two bell jars 02 and 03 is separated by several millimeters or more, the adhesion, deposition, and separation to quartz rapidly progress, making epitaxial growth practically impossible.

【0007】 上記の石英ベルジャー02内の天井部
分等に付着・堆積したシリコン化合物の堆積物019
は、シリコン基板010の着脱の際に、反応室を開いた
ときに、外気と接触し、酸化反応が進行し、シリコン酸
化物等となって落下し、パーティクルがシリコン基板0
10上に付着する結果、品質不良のエピタキシャルウェ
ファを生ずる。
The silicon compound deposit 019 attached and deposited on the ceiling and the like in the above quartz bell jar 02
When the reaction chamber is opened when the silicon substrate 010 is attached or detached, it comes into contact with the outside air, an oxidation reaction proceeds, and it falls as silicon oxide or the like, and the particles fall into the silicon substrate 0.
Adhesion on 10 results in poor quality epitaxial wafers.

【0008】 また、上述した縦形反応炉では、シリ
コン原料ガスの分解反応によってシリコン化合物の副産
物が生じ、これが上部石英ベルジャー02の内壁に時間
とともに付着・堆積されていくが、この堆積量が一定限
度を超えると、石英壁の透明性が失われ、サセプター0
9からの熱線により、この堆積物が加熱され、ますます
シリコン化合物の付着が増幅されてきて、さらにこれが
進行すると、厚くなりすぎた付着物がはがれ、シリコン
基板010上に落下するようになり、この結果、エピタ
キシャル成長プロセスは不可能となる、という問題があ
る。
In the vertical reactor described above, a by-product of a silicon compound is generated by the decomposition reaction of the silicon source gas, and the by-product is deposited and deposited on the inner wall of the upper quartz bell jar 02 with time. When the temperature exceeds, the transparency of the quartz wall is lost and the susceptor 0
The heat rays from 9 heat this deposit, and the deposition of the silicon compound is further amplified. As this proceeds further, the deposit that has become too thick comes off and falls on the silicon substrate 010, As a result, there is a problem that the epitaxial growth process becomes impossible.

【0009】 また、サセプター09上へのシリコン
基板010の着脱をロボットを使用して自動化する試み
が図られたこともあるが、サセプター09上で各基板の
位置を正確に検出することが困難であることや、ロボッ
トの効率が悪く、人手に比べて時間がかかりすぎる等の
問題があり、ウェファハンドリングの自動化が進んでい
ないのが現状である。
Although attempts have been made to automate the attachment and detachment of the silicon substrate 010 to and from the susceptor 09 using a robot, it is difficult to accurately detect the position of each substrate on the susceptor 09. There are problems such as the fact that the robot is inefficient and it takes too much time compared to humans, and the current situation is that automation of wafer handling has not been advanced.

【0010】以上のように、従来高周波加熱方式のシリ
コンエピタキシャル気相成長装置では、製品の品質確
保、生産性の改善および生産コストの低減、自動化の点
で、不充分であった。
As described above, the conventional high frequency heating type silicon epitaxial vapor deposition apparatus is insufficient in terms of securing product quality, improving productivity, reducing production costs, and automation.

【0011】本発明では、効果的な石英ベルジャーの冷
却手段を与え、反応ガスを導入する位置を適正にとると
同時にサセプター上でのガス流速を調節する手段をと
り、さらに反応室を大気開放することなくシリコン基板
の自動装填・取り出しが可能となる装置構成手段をとる
ことにより、従来よりもはるかに高性能なシリコンエピ
タキシャル気相成長装置を提供する事を目的とする。
In the present invention, an effective means for cooling a quartz bell jar is provided, a position for introducing a reaction gas is appropriately taken, a means for adjusting a gas flow rate on a susceptor is taken, and the reaction chamber is further opened to the atmosphere. An object of the present invention is to provide a silicon epitaxial vapor deposition apparatus having a much higher performance than before by employing an apparatus configuration means capable of automatically loading and unloading a silicon substrate without the need.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する[請
求項1]の発明は、石英ベルジャーの外部に冷却用のス
テンレス製ベルジャーを配して反応室を形成し、該反応
室内部に反応ガスを導入して高周波加熱方式でシリコン
基板上にエピタキシャル気相成長する縦型のシリコンエ
ピタキシャル気相成長装置において、上記石英ベルジャ
ーを楕円ドーム状とすると共に、該石英ベルジャーがそ
の外周に設けたステンレス製ベルジャーの内周面に密着
して設けられていることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, a reaction chamber is formed by disposing a stainless steel bell jar for cooling outside a quartz bell jar, and a reaction chamber is formed inside the reaction chamber. In a vertical silicon epitaxial vapor phase epitaxy apparatus in which a gas is introduced and epitaxial vapor phase epitaxy is performed on a silicon substrate by a high frequency heating method, the quartz bell jar is formed into an elliptical dome shape, and the quartz bell jar is provided on an outer periphery thereof. The bell jar is provided in close contact with the inner peripheral surface of the bell jar.

【0013】本構成によれば、石英ベルジャーがステン
レス製ベルジャーに密着しているので、冷却効果が高く
なり、シリコン化合物の付着が少なくなると共に、石英
ベルジャーを取り出して洗浄する必要が生じるまで、長
時間の使用が可能となる。また、石英ベルジャーの冷却
効果が高いため、従来の反応室の構造に比較して、石英
ベルジャーとサセプターとの距離を約1/2以下と、はる
かに短くでき、ステンレス製ベルジャーによる熱線の反
射効率が上がり、高周波電力エネルギーの消費量が削減
できる。さらに、この反射効率が上がり、シリコン基板
の上面が高温に保てることにより、エピタキシャル膜の
結晶欠陥、スリップ発生の減少を図ることができる。
According to this structure, the quartz bell jar is in close contact with the stainless steel bell jar, so that the cooling effect is enhanced, the adhesion of the silicon compound is reduced, and the quartz bell jar is removed until it is necessary to take out and clean the quartz bell jar. The use of time becomes possible. In addition, since the quartz bell jar has a high cooling effect, the distance between the quartz bell jar and the susceptor can be reduced to about 1/2 or less compared to the conventional reaction chamber structure. And the consumption of high frequency power energy can be reduced. Further, since the reflection efficiency is increased and the upper surface of the silicon substrate can be kept at a high temperature, the occurrence of crystal defects and slip in the epitaxial film can be reduced.

【0014】[請求項2]の発明は、請求項1におい
て、高周波誘導加熱されている回転するサセプターと石
英ベルジャー側壁との中間部に少なくとも一ヶ所反応ガ
ス導入口を設け、該反応ガス導入口とサセプターを介し
て反対側に排気部を設けたことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, at least one reaction gas inlet is provided at an intermediate portion between the rotating susceptor heated by high frequency induction and the side wall of the quartz bell jar. And an exhaust unit is provided on the opposite side via the susceptor.

【0015】本構成によれば、該排気部から反応室内の
ガスを強制排気することにより、サセプター上の全面に
わたって反応ガスの流速を調節できる事となる。また、
従来のようなサセプター中心部に反応ガス導入用の穴を
開ける必要がないため、サセプター全面が効率よく使用
できるようになり、大口径ウェファの処理に対しても簡
単に対処できる。
According to this configuration, by forcibly exhausting the gas in the reaction chamber from the exhaust portion, the flow rate of the reaction gas can be adjusted over the entire surface of the susceptor. Also,
Since there is no need to make a hole for introducing a reaction gas in the center of the susceptor as in the conventional case, the entire surface of the susceptor can be used efficiently, and processing of a large-diameter wafer can be easily dealt with.

【0016】[請求項3]の発明は、請求項1におい
て、上記石英ベルジャーの側面にシリコン基板の出し入
れのための開口部を設け、反応室本体の側壁にゲートバ
ルブを設けてなると共に、上記ゲートバルブを介して、
シリコン基板の自動挿入・取り出し用ロボットを備えた
搬送室が接続されていることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the quartz bell jar is provided with an opening for taking a silicon substrate in and out, and a gate valve is provided on a side wall of the reaction chamber main body. Through the gate valve
A transfer chamber equipped with a robot for automatic insertion / removal of a silicon substrate is connected.

【0017】本構成によれば、反応室を外気に対して密
閉したまま連続してエピタキシャルプロセスができ、シ
リコン化合物の酸化によるパーティクル発生が抑制さ
れ、かつ外部からの汚染源の侵入を防ぐことができる。
さらに、シリコンウェファの自動搬送が可能になり、装
置運転の完全自動化により、飛躍的に生産性を向上でき
る。
According to this configuration, the epitaxial process can be continuously performed while the reaction chamber is kept sealed from the outside air, the generation of particles due to oxidation of the silicon compound can be suppressed, and the intrusion of a contamination source from the outside can be prevented. .
In addition, the automatic transfer of the silicon wafer becomes possible, and the productivity can be dramatically improved by fully automating the operation of the apparatus.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0019】発明は、高周波加熱方式の、縦型シリコン
エピタキシャル成長装置において、石英ベルジャーの形
状を楕円とすると共に、その上部球面部分を同一曲率と
したステンレス製ベルジャーの内周面に直接接触させる
ことにより冷却効果を高め、また、同石英ベルジャーに
開口部を設けることにより、反応室を大気に開放するこ
となく、シリコンウェファを自動的に反応室内に出し入
れする事を可能にしたものである。また、本発明は、サ
セプターと石英ベルジャー側壁との中間部に少なくとも
一ヶ所反応ガス導入口を設ることにより、シリコン基板
に対する反応ガスの供給がまんべんなくおこなわれ、こ
の結果、シリコン基板へのシリコン成長膜の均一性を高
めるようにしたものである。
According to the present invention, in a vertical silicon epitaxial growth apparatus of a high frequency heating type, the shape of a quartz bell jar is made elliptical and its upper spherical portion is brought into direct contact with the inner peripheral surface of a stainless steel bell jar having the same curvature. By improving the cooling effect and providing the quartz bell jar with an opening, the silicon wafer can be automatically taken in and out of the reaction chamber without opening the reaction chamber to the atmosphere. Further, according to the present invention, by providing at least one reactive gas inlet at an intermediate portion between the susceptor and the side wall of the quartz bell jar, the reactive gas is uniformly supplied to the silicon substrate, and as a result, silicon growth on the silicon substrate is achieved. This is to improve the uniformity of the film.

【0020】本発明によれば、高価な石英ベルジャーの
使用可能時間を大幅に延長できると同時に、パーティク
ル発生も抑制され、また従来のように反応室を開くこと
なくシリコン基板の出し入れが可能となり、さらに反応
ガスをシリコン基板の全面にまんべんなく供給し、かつ
反応室内圧力を一定に調節することにより成長膜の均一
性・再現性を向上させ、これらの総合的な結果として、
高品質のエピタキシャルウェファを高い生産性で生産出
来る装置が実現できる。
According to the present invention, the usable time of the expensive quartz bell jar can be greatly extended, and at the same time, the generation of particles is suppressed, and the silicon substrate can be taken in and out without opening the reaction chamber as in the prior art. In addition, the reaction gas is evenly supplied to the entire surface of the silicon substrate, and the uniformity and reproducibility of the grown film is improved by adjusting the pressure in the reaction chamber to a constant value.
An apparatus capable of producing high quality epitaxial wafers with high productivity can be realized.

【0021】さらに、本発明は、反応本体の側壁にシリ
コン基板の出し入れ用のゲートバルブを取り付け、上記
ゲートバルブを介して、シリコン基板の自動挿入・取り
出し用ロボットを備えた搬送室が接続しているので、高
周波加熱方式において、反応室を外気に対して密閉した
まま連続してエピタキシャルプロセスが可能となる。
Further, according to the present invention, a gate valve for loading and unloading a silicon substrate is attached to the side wall of the reaction body, and a transfer chamber equipped with a robot for automatically inserting and removing a silicon substrate is connected via the gate valve. Therefore, in the high-frequency heating method, the epitaxial process can be continuously performed while the reaction chamber is sealed from the outside air.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳述
するが、本発明はこれに限定されるものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

【0023】[第1実施例]図1及び図2は本実施例の
概略図を示し、図1は平面断面図、図2は立面断面図を
示す。
[First Embodiment] FIGS. 1 and 2 are schematic views of the present embodiment. FIG. 1 is a plan sectional view, and FIG. 2 is an elevation sectional view.

【0024】図1及び図2に示すように、本実施例にか
かるシリコンエピタキシャル気相成長装置は、ステンレ
ス製反応室11の側壁12の上部に、曲率が大きい楕円
ドーム状のステンレス製のベルジャー13がフランジ1
2a,フランジ13aを介して設けられており、該ステ
ンレス製ベルジャー13の内面側には、該ステンレス製
ベルジャー13と同一の曲率を有する楕円形状の石英ベ
ルジャー14が直接密着されている。上記石英ベルジャ
ー13のステンレス製ベルジャー12への密着は、ステ
ンレス製ベローズ等のバネの力を使用した押圧手段15
を用いて直接石英ベルジャー13をステンレス製ベルジ
ャー11の内面に押し付けることによって行っている。
また、上記ステンレス製ベルジャー13はその内部に冷
却水Wが導入されており、密着している石英ベルジャー
14の冷却をしている。なお、上記ステンレス製反応室
11全体は、その内部を図示しない真空手段により真空
状態にすることも可能な気密性があり、外気との遮断が
なされている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the silicon epitaxial vapor phase epitaxy apparatus according to the present embodiment has an elliptical dome-shaped stainless steel bell jar 13 having a large curvature on the upper portion of the side wall 12 of the stainless steel reaction chamber 11. Is flange 1
An elliptical quartz bell jar 14 having the same curvature as that of the stainless steel bell jar 13 is directly adhered to the inner surface side of the stainless steel bell jar 13. The pressing of the quartz bell jar 13 to the stainless steel bell jar 12 is performed by pressing means 15 using a spring force such as a stainless steel bellows.
Is performed by directly pressing the quartz bell jar 13 against the inner surface of the stainless steel bell jar 11.
Cooling water W is introduced into the stainless steel bell jar 13 to cool the quartz bell jar 14 which is in close contact. The entirety of the stainless steel reaction chamber 11 is airtight so that the inside thereof can be evacuated by a vacuum means (not shown), and is shut off from outside air.

【0025】上記楕円ドーム状のベルジャーのドーム部
分の曲率はR200〜350の範囲の偏平状としてお
り、本実施例では、R300の曲率としている。このよ
うに、楕円状で曲率を大きくすることで、シリコン基板
17と石英ベルジャーの天井部との距離を従来の球状ド
ームの1/2〜1/3程度と短くし、該シリコン基板1
7を加熱する際の熱反射効率を向上させている。
The curvature of the dome portion of the above-mentioned elliptical dome-shaped bell jar has a flat shape in the range of R200 to R350, and in this embodiment, the curvature is R300. In this way, by increasing the curvature in the elliptical shape, the distance between the silicon substrate 17 and the ceiling of the quartz bell jar is reduced to about 1/2 to 1/3 of the conventional spherical dome, and the silicon substrate 1
7, the heat reflection efficiency when heating is improved.

【0026】上記石英ベルジャー14は、押圧手段15
によって上方に押し上げられてステンレス製ベルジャー
13の内周面と石英ベルジャー14の外周面とが密着し
ているが、さらに、冷却効率を向上するため及び腐蝕性
ガスの侵入を防ぐために、この2つのベルジャー13,
14の間には、上部からパージガス(水素または窒素)
16が供給されている。また、上記石英ベルジャー14
の側壁には、シリコン基板17の出し入れのために、開
口部18が形成されている。
The quartz bell jar 14 is provided with a pressing means 15
The inner peripheral surface of the stainless steel bell jar 13 and the outer peripheral surface of the quartz bell jar 14 are in close contact with each other, but in order to further improve the cooling efficiency and prevent the intrusion of corrosive gas, these two are used. Bell jar 13,
Between 14, purge gas (hydrogen or nitrogen) from the top
16 are supplied. In addition, the quartz bell jar 14
An opening 18 is formed in the side wall of the silicon substrate 17 for taking in and out the silicon substrate 17.

【0027】上記シリコン基板17は、回転サポート1
9上に置かれ回転機構20により回転されるサセプター
21上に載置されている。なお、本実施例では、簡便上
一枚のみ図示されているが、装置全体を大型化し、大型
のサセプターとして勿論複数枚装填してもよい。
The silicon substrate 17 is provided with the rotation support 1
9 and is mounted on a susceptor 21 rotated by a rotation mechanism 20. In this embodiment, only one sheet is shown for the sake of simplicity. However, it is also possible to increase the size of the entire apparatus and load a plurality of sheets as a large susceptor.

【0028】上記サセプター21は、石英製のコイルカ
バー22により覆われた高周波ワークコイル23により
高周波誘導加熱されている。
The susceptor 21 is high-frequency induction heated by a high-frequency work coil 23 covered by a coil cover 22 made of quartz.

【0029】反応室内に導入する反応ガス24は、石英
ガスノズル25a,25bを通ってシリコン基板17上
に供給され、排気ガス26は、該ノズル25a,25b
とサセプタ17を介して対向する排気ポート27を通っ
て真空ポンプ(図示せず)に強制排気される。なお、本
実施例では、石英ガスノズルは2本図示されているが、
ガスの供給の程度により必要に応じて1本乃至数本使用
してもよい。
The reaction gas 24 introduced into the reaction chamber is supplied onto the silicon substrate 17 through the quartz gas nozzles 25a and 25b, and the exhaust gas 26 is supplied to the nozzles 25a and 25b.
The gas is forcibly evacuated to a vacuum pump (not shown) through an exhaust port 27 facing the susceptor 17. Although two quartz gas nozzles are shown in the present embodiment,
One or several tubes may be used as necessary depending on the degree of gas supply.

【0030】反応室は、ステンレス製ベルジャー13
と、ステンレス製反応室11とにより囲まれた空間で構
成されており、ステンレス製ベルジャー13とステンレ
ス製反応室11との間は、両フランジ部12a,13a
に設けられた耐真空シール28によってシールされてい
る。なお、本実施例では、簡便上箱型構造を示してある
が、円筒型等の他の形状のチェンバー構造でもよい。
The reaction chamber is made of a stainless steel bell jar 13.
And a stainless steel reaction chamber 11, and a space between the stainless steel bell jar 13 and the stainless steel reaction chamber 11 is formed by both flange portions 12a, 13a.
Are sealed by a vacuum-resistant seal 28 provided at the bottom. In the present embodiment, a box-shaped structure is shown for convenience, but a chamber structure having another shape such as a cylindrical shape may be used.

【0031】ステンレス製反応室11の側壁の一ヶ所に
は、上記石英ベルジャー14の側壁に設けた開口部18
と対向する位置に第1のゲートバルブ31を取り付ける
開口部29が設けられており、該第1のゲートバルブ3
1を介して、シリコン基板17を反応室11内に搬入・
搬出するための搬送ロボット32を備え付けた搬送チェ
ンバー33が設置されている。なお、上記搬送チェンバ
ー33内には、パージガスが導入されており、外気とは
遮断された状態を保持している。
An opening 18 provided on the side wall of the quartz bell jar 14 is provided at one location of the side wall of the stainless steel reaction chamber 11.
An opening 29 for attaching the first gate valve 31 is provided at a position facing the first gate valve 31.
1, the silicon substrate 17 is loaded into the reaction chamber 11.
A transfer chamber 33 provided with a transfer robot 32 for unloading is provided. It should be noted that a purge gas is introduced into the transfer chamber 33 and keeps a state in which it is shut off from outside air.

【0032】この搬送チェンバー33には、第1のゲー
トバルブ31に相対する側壁にもう一つの第2のゲート
バルブ34が取り付けられており、該2のゲートバルブ
34を介して、複数のウェファカセットを収容するロー
ドロック室(図示せず)が設置されるようになってい
る。なお、本実施例では、シリコン基板17の受け取り
の際には、真空チャック手段35を用いているが、本発
明ではこれに限定されるものではなく、例えばベルヌー
イチャック等の公知の基板支持手段を用いればよい。
In the transfer chamber 33, another second gate valve 34 is attached to a side wall facing the first gate valve 31, and a plurality of wafer cassettes are connected via the second gate valve 34. A load lock chamber (not shown) for accommodating is provided. In this embodiment, the vacuum chuck means 35 is used when the silicon substrate 17 is received. However, the present invention is not limited to this. For example, a known substrate support means such as a Bernoulli chuck may be used. It may be used.

【0033】上述した構成の装置の動作は、下記の手順
による。 (1) 先ず、第2のゲートバルブ34を開いて、搬送チェ
ンバー33内の搬送ロボット32により、ロードロック
室(図示せず)内のウェファカセット(図示せず)から
シリコン基板17を一枚受け取り、これを搬送チェンバ
ー33内に搬入する。
The operation of the apparatus having the above-described configuration is performed according to the following procedure. (1) First, the second gate valve 34 is opened and the transfer robot 32 in the transfer chamber 33 receives one silicon substrate 17 from a wafer cassette (not shown) in a load lock chamber (not shown). This is carried into the transfer chamber 33.

【0034】(2) 次に、第1のゲートバルブ31を開い
て、ステンレス製ベルジャー13の開口部29及び石英
ベルジャー14の開口部18を通って、搬送ロボット3
2により、シリコン基板17がサセプター21上に搬送
される。この搬送が終了したら、搬送ロボット32のロ
ボットアームは搬送チェンバー33内に戻され、第1の
ゲートバルブ31が閉鎖される。
(2) Next, the first gate valve 31 is opened, and the transfer robot 3 passes through the opening 29 of the stainless steel bell jar 13 and the opening 18 of the quartz bell jar 14.
2, the silicon substrate 17 is transferred onto the susceptor 21. When the transfer is completed, the robot arm of the transfer robot 32 is returned into the transfer chamber 33, and the first gate valve 31 is closed.

【0035】(3) 次に、サセプター21は、回転機構2
0により、回転が開始され、同時に高周波コイル23に
高周波電力が印加され、サセプター21の高周波加熱が
開始される。
(3) Next, the susceptor 21
By 0, rotation is started, and at the same time, high-frequency power is applied to the high-frequency coil 23, and high-frequency heating of the susceptor 21 is started.

【0036】(4) 上記サセプター21が所定の温度まで
上昇したら、反応ガス24を石英ガスノズル25a,2
5bを通って反応室内に導入し、エピタキシャル成長プ
ロセスを開始する。
(4) When the temperature of the susceptor 21 rises to a predetermined temperature, the reaction gas 24 is supplied to the quartz gas nozzles 25a and 25a.
5b into the reaction chamber to start the epitaxial growth process.

【0037】(5) エピタキシャル成長プロセスが終了し
たら、反応ガス及び高周波電力の供給が停止され、直ち
に、サセプター21の冷却が行われる。
(5) When the epitaxial growth process is completed, the supply of the reaction gas and the high-frequency power is stopped, and the susceptor 21 is immediately cooled.

【0038】(6) サセプター21およびシリコン基板1
7の温度が下がったら、第1のゲートバルブ31を開い
て、搬送ロボット32により反応終了後のシリコン基板
17が取り出され、第2のゲートバルブ34を経由し
て、ロードロック室内のウェファカセットに戻される。
(6) Susceptor 21 and silicon substrate 1
7, the first gate valve 31 is opened, the silicon substrate 17 after the reaction is taken out by the transfer robot 32, and is transferred to the wafer cassette in the load lock chamber via the second gate valve 34. Will be returned.

【0039】以上でエピタキシャル成長のサイクルが一
回終了する。
Thus, one cycle of the epitaxial growth is completed.

【0040】(7) 上記により、一枚目のウェファが処理
された後は、同様に二枚目のウェファに対する処理が行
われ、ロードロック内に収容されているカセット内の全
てのウェファに対する処理が完了するまで上記のサイク
ルが繰り返される。
(7) As described above, after the first wafer is processed, the processing for the second wafer is similarly performed, and the processing for all the wafers in the cassette accommodated in the load lock is performed. The above cycle is repeated until is completed.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明による効果は下記の通りである。 (1) 石英ベルジャーがステンレス ベルジャーに密着し
ており冷却効果が高いため、シリコン化合物の付着が少
なく、石英ベルジャーを取り出して洗浄する必要が生じ
るまで、長時間の使用が可能となる。
The effects of the present invention are as follows. (1) Since the quartz bell jar is in close contact with the stainless steel bell jar and has a high cooling effect, there is little adhesion of a silicon compound, and it can be used for a long time until the quartz bell jar needs to be taken out and cleaned.

【0042】(2) 石英ベルジャーの冷却効果が高いた
め、従来の反応室の構造に比較して、石英ベルジャーと
サセプターとの距離を約1/2以下と、はるかに短くでき
るため、上部ステンレス製ベルジャーによる熱線の反射
効率が上がり、高周波電力エネルギーの消費量が削減で
きる。さらに、この反射効率が上がり、ウェファの上面
が高温に保てることにより、エピタキシャル膜の結晶欠
陥、スリップ発生の減少につながる。
(2) Since the cooling effect of the quartz bell jar is high, the distance between the quartz bell jar and the susceptor can be reduced to about 1/2 or less as compared with the conventional reaction chamber structure. The efficiency of reflection of heat rays by the bell jar increases, and the consumption of high frequency power energy can be reduced. Further, the reflection efficiency is increased and the upper surface of the wafer can be kept at a high temperature, which leads to a reduction in crystal defects and occurrence of slip in the epitaxial film.

【0043】(3) サセプター中心部に穴を開ける必要が
ないため、サセプター全面が効率よく使用できるように
なり、大口径ウェファ(例えば、300mm〜500mm直径)の
処理にも簡単に対処できる。
(3) Since it is not necessary to make a hole in the center of the susceptor, the entire susceptor can be used efficiently, and the processing of a large-diameter wafer (for example, 300 mm to 500 mm diameter) can be easily dealt with.

【0044】(4) 反応ガスの導入がサセプターの中心部
からではなく、外側から行われることにより、反応ガス
の供給が各ウェファに対してまんべんなく行われ、エピ
タキシャル膜の均一性が良くなる。さらに、導入された
反応ガスをサセプターの反対側から、強制排気すること
により、反応ガスが長時間反応室に滞留することが避け
られ、オートドーピングの低減につながると同時に、反
応室内の圧力を一定の減圧状態に保つことにより、エピ
タキシャルプロセスの再現性の向上にもつながる。
(4) Since the introduction of the reaction gas is performed not from the center of the susceptor but from the outside, the reaction gas is uniformly supplied to each wafer, and the uniformity of the epitaxial film is improved. Furthermore, by forcibly exhausting the introduced reaction gas from the opposite side of the susceptor, it is possible to prevent the reaction gas from staying in the reaction chamber for a long time, thereby reducing auto-doping and at the same time keeping the pressure in the reaction chamber constant. By maintaining the reduced pressure, the reproducibility of the epitaxial process can be improved.

【0045】(5) 本発明の反応室の構造により、反応室
を外気に対して密閉したまま連続してエピタキシャルプ
ロセスができるため、シリコン化合物の酸化によるパー
ティクル発生が抑制され、かつ外部からの汚染源の侵入
を防ぐことができる。
(5) According to the structure of the reaction chamber of the present invention, a continuous epitaxial process can be performed while the reaction chamber is sealed from the outside air, so that generation of particles due to oxidation of the silicon compound is suppressed, and a contamination source from the outside. Intrusion can be prevented.

【0046】(6) 本発明の反応室の構造により、シリコ
ンウェファの自動搬送が可能になり、装置運転の完全自
動化により、飛躍的に生産性を向上できる。
(6) The structure of the reaction chamber according to the present invention enables the automatic transfer of the silicon wafer, and the productivity can be remarkably improved by fully automatic operation of the apparatus.

【0047】(7) ウェファ搬送チェンバーを多角形にし
てクラスター方式とし、この周囲に反応室を複数個配置
することにより、装置の生産性を大幅に向上できる。
(7) The productivity of the apparatus can be greatly improved by arranging a plurality of reaction chambers around the cluster system by making the wafer transfer chamber polygonal.

【0048】(8) また、本発明による反応室の構造は、
シリコンエピタキシャル成長プロセス以外にも、例え
ば、MO(METAL-ORGANIC:有機金属)-CVD(CHEMICAL VAPOR
DEPOSITON:化学的気相堆積・成長)装置へも、全く同様
に適用可能である。
(8) The structure of the reaction chamber according to the present invention is as follows:
In addition to the silicon epitaxial growth process, for example, MO (METAL-ORGANIC: organic metal) -CVD (CHEMICAL VAPOR
DEPOSITON (chemical vapor deposition / growth) equipment can be applied in exactly the same way.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本実施例の縦型シリコンエピタキシャル成長装
置の立面概略図である。
FIG. 1 is a schematic elevation view of a vertical silicon epitaxial growth apparatus of the present embodiment.

【図2】本実施例の縦型シリコンエピタキシャル成長装
置の平面概略図である。
FIG. 2 is a schematic plan view of a vertical silicon epitaxial growth apparatus of the present embodiment.

【図3】従来技術の縦型シリコンエピタキシャル成長装
置の概略図である。
FIG. 3 is a schematic view of a conventional vertical silicon epitaxial growth apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 ステンレス製反応室 12 側壁 13 ステンレス製のベルジャー 14 石英ベルジャー 15 押圧手段 16 パージガス 17 シリコン基板 18 開口部 19 回転サポート 20 回転機構 21 サセプター 22 コイルカバー 23 高周波ワークコイル 24 反応ガス 25a,25b 石英ガスノズル 26 排気ガス 27 排気ポート 28 耐真空シール 29 開口部 31 第1のゲートバルブ 32 搬送ロボット 33 搬送チェンバー 34 第2のゲートバルブ 35 真空チャック手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Reaction chamber made of stainless steel 12 Side wall 13 Bell jar made of stainless steel 14 Quartz bell jar 15 Pressing means 16 Purging gas 17 Silicon substrate 18 Opening 19 Rotation support 20 Rotation mechanism 21 Susceptor 22 Coil cover 23 High frequency work coil 24 Reaction gas 25a, 25b Quartz gas nozzle 26 Exhaust gas 27 Exhaust port 28 Vacuum resistant seal 29 Opening 31 First gate valve 32 Transfer robot 33 Transfer chamber 34 Second gate valve 35 Vacuum chuck means

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 石英ベルジャーの外部に冷却用のステン
レス製ベルジャーを配して反応室を形成し、該反応室内
部に反応ガスを導入して高周波加熱方式でシリコン基板
上にエピタキシャル気相成長する縦型のシリコンエピタ
キシャル気相成長装置において、 上記石英ベルジャーを楕円ドーム状とすると共に、該石
英ベルジャーがその外周に設けたステンレス製ベルジャ
ーの内周面に密着して設けられていることを特徴とする
シリコンエピタキシャル気相成長装置。
1. A reaction chamber is formed by disposing a stainless steel bell jar for cooling outside a quartz bell jar, and a reaction gas is introduced into the reaction chamber to epitaxially grow on a silicon substrate by a high frequency heating method. In a vertical silicon epitaxial vapor deposition apparatus, the quartz bell jar has an elliptical dome shape, and the quartz bell jar is provided in close contact with an inner peripheral surface of a stainless steel bell jar provided on an outer periphery thereof. Silicon epitaxial vapor deposition equipment.
【請求項2】 請求項1において、 高周波誘導加熱されている回転するサセプターと石英ベ
ルジャー側壁との中間部に少なくとも一ヶ所反応ガス導
入口を設け、該反応ガス導入口とサセプターを介して反
対側に排気部を設けたことを特徴とするシリコンエピタ
キシャル気相成長装置。
2. The method according to claim 1, wherein at least one reaction gas inlet is provided at an intermediate portion between the rotating susceptor heated by high frequency induction and the side wall of the quartz bell jar, and the reaction gas inlet is opposite to the reaction gas inlet through the susceptor. A silicon epitaxial vapor deposition apparatus characterized in that an exhaust unit is provided in the apparatus.
【請求項3】 請求項1において、 上記石英ベルジャーの側面にシリコン基板の出し入れの
ための開口部を設け、反応室本体の側壁にゲートバルブ
を設けてなると共に、上記ゲートバルブを介して、シリ
コン基板の自動挿入・取り出し用ロボットを備えた搬送
室が接続されていることを特徴とすることを特徴とする
シリコンエピタキシャル気相成長装置。
3. The method according to claim 1, wherein an opening for taking in and out of the silicon substrate is provided on a side surface of the quartz bell jar, and a gate valve is provided on a side wall of the reaction chamber main body. A transfer chamber equipped with a robot for automatic insertion and removal of a substrate is connected to the silicon epitaxial vapor deposition apparatus.
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KR100453014B1 (en) * 2001-12-26 2004-10-14 주성엔지니어링(주) Apparatus for Chemical Vapor Deposition
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CN115161764A (en) * 2022-06-23 2022-10-11 江苏天芯微半导体设备有限公司 Temperature control device and epitaxial equipment thereof

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