JPS5881437A - 気相成長装置 - Google Patents

気相成長装置

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JPS5881437A
JPS5881437A JP17972881A JP17972881A JPS5881437A JP S5881437 A JPS5881437 A JP S5881437A JP 17972881 A JP17972881 A JP 17972881A JP 17972881 A JP17972881 A JP 17972881A JP S5881437 A JPS5881437 A JP S5881437A
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JP
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gas
nozzle
replenishment
vapor phase
heating table
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Hironori Inoue
洋典 井上
Takashi Aoyama
隆 青山
Takaya Suzuki
誉也 鈴木
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は気相成長装置に係り、更に詳しくは気相化学反
応によって基板上に薄膜層を大量、且つ均一に形成する
ことができる縦(ロータリディスク)型の気相成長装置
に関する。
従来、原料ガス補充方式の気相成長は横型炉でなされて
きた。一般に横型炉ではガス流の上流側で気相成長速度
が大きいため、基板上に成長する膜厚が不均一となる。
これを防ぐため、原料ガス導入口とは別に補充ガス導入
管を炉内に入r1炉を流れるガス流の途中から新たに原
料ガスを補助的に加える方法がとられてきた。これはサ
ンプリング管により反応ガスの一部を抽出して分析計に
送り込み、ここで原料ガス及び副生成物の濃度を測定し
、この値をマイクロコンピュータに入れて補充ガス流量
制御装置にフィードバックし、必要な補充ガス流量を補
充ガス導入管から炉内に入れ、裂−な成長膜厚分布を得
ようとするものである。
しかし、処理バッチ枚数が増加すると炉が大型化し、新
たな問題としてガス流方向に対して直角方向に膜厚不均
一性が)じてしまう。この1不均−性は規則性、再現性
に乏しいため、ガス流方向に対して直角方向に単に補充
ガス導入管を並べるとか、その補充ガス流量を調整する
だけでは容易に成長膜厚均一化をはかることはできない
。また、炉が大型化する以前にも、横型炉ガス補充方式
ではフランジが小さいことや加熱用ワークコイルが加熱
治具部分をおおっていることから、補充ガス導入管の配
置がスペース的に混み人づて複雑になるという問題があ
った。
横型炉に補充ガス方式を適用した場合に生じる膜厚分布
の修正効果の片寄りを解決する方策として、第1図に示
すように縦型炉に補充ガス方式を適用することが考えら
れる。ベルジャ反応炉1内の加熱台3上に基板4を並べ
、軸12で回転させながら加熱コイル2によって約11
501:に昇温する。原料ガスを主ノズル(主ガス導入
管)5から供給すると共に補充ガスノズル(補充ガス導
入管)7からも原料ガスを少量供給し膜厚分布を修正す
る方法である。図中13はベース、6は排気口、14は
コイル保護用カッく−である。通常、縦型炉の膜厚分布
は加熱台3を軸12で回転させていることから加熱台同
心円状では均一となり、加熱台3半径方向で不均一とな
る。補充ガスによる分布修正の効果もまた、加熱台を回
転させていることから加熱台同心円方向では均一となる
。この結果、第2図に示すように加熱台3半径方向の膜
厚分布の修正は容易となり(図中、実線は修正前の分布
、点線は修正後の分布)、横型炉で見られたような欠点
は軽減される。
縦型炉を用い、補充ガス方式により膜厚分布を修正する
方法について実験的に確かめた結果、下記するような事
実゛がわかった。
第1に、補充ガスによって修正できる加熱台半径方向の
範囲は、噴出孔形状が一定であれば補充ガスノズルの噴
出孔から加熱台表面までの距離(ノズル高さ)によって
調節できる。即ち、補充を加熱台3上方から行なえば補
充ガスは加熱台上の基板4表面に到達する前に主ガスに
よって生じるガス流や炉内の熱対流によって生じるガス
の流れの影響を強く受け、その結果修正効果が表われる
範囲は第3図に、曲線Aで示すように広くなる。
逆に、ノズル孔を基板4表面に近づければ曲線B。
Cで示すように補充効果を局所的に制限することができ
る。第2に、補充効果が表われる加熱台3上の位置はノ
ズ友高さを一定にすればノズル孔中心の加熱台半径方向
位置によって決まる。即ち、第4図の曲線りとFは2個
の補”充ガスノズルを回転中心からの距離を変えた場合
の修正効果を示している。第3に、補充効果の量(膜厚
)はノズルの形状、ノズルの高さを一定とすれば、補充
ガス中の原料濃度を変えれば、効果の範囲、位置が変わ
ることなく調節できる。即ち、第5図の曲線E〜HはE
の方がHの曲線より原料ガスの濃度を高くした結果であ
る。
以上説明したように、縦型炉に補充ガス方式を適用する
場合には補充ノズル調節が非常に重要であることが分か
った。
それゆえ、本発明の目的は補充ガス方式を縦←−タリデ
ィスク)型炉に適用しバッチ当りのウェハ処理数を大幅
に向上すると共に成長膜厚分布の均一性をも高めること
ができる装置を提供するにある。
本発明の特徴は、少なくとも1ヶ以上の補充ガスノズル
を備えた縦(ロータリディスク)型炉において前述した
実験結果をもとに、前記補充ガスノズルに回転及び上下
調節機能を持たせたことにある。′ 以下本発明を図に従って更江詳細に説明する。
第6図は補充ガスノズル7を1本設けた縦型炉の断面構
造を示している。1は石英製ベルジャ、4は基板、3は
カーボン製加熱台で軸12によって矢印方向に回転して
いる。2は加熱用の高周波コイル、5は原料ガスを供給
するための主ノズル、13はベルジャベース、6は排気
孔である。これらの構成は従来の縦型炉と同一であるが
、後で述べるように補充ガス方式によって加熱台半径方
向の膜厚分布を大幅に向上できることから加熱台の直径
は補充ガス方式を適用しない従来の縦型炉に比べて約1
.59大きくしである。以上の構成の他、本発明の装置
には補充ガスノズルが別に設けてあり、膜厚分布を修正
するための補充ガスはノズル先端の噴出孔より図中矢印
に示すように基板4表面に供給される。また、本発明に
より補充ガスノに ズル7には炉ヘーータ駆動による補充ガスノズル上下調
整機構15が取りつけてあや、前述■で説明したように
補充効果の範囲を容易に調節できることから、膜厚分布
の精密な制御が可能となる。
更にまた、補充ガスノズル7にはモータ駆゛動の補充ガ
スノズル回転機構16が取り付けられている。
補充ガスノズル7を回転することによって第7図に示す
ように、はぼ加熱台4半径方向のノズル孔中心位置の調
節が可能となり、この結果、上記第2で述べた補充効果
の位置の調節が容易にでき1、  膜厚分布を正確に修
正することができる。
以上説明した本発明の補充ガスノズルを設置した縦型炉
を用いて気相成長を行なえば加熱台半径方向膜厚分布均
一性が大幅に改善でき、実質的にウェハのパッチ当りの
処理数の向上を図ることができる。
次←具体的な′実1りについてシリコンのエピタキシャ
ル成長を例として説明する。
加熱台3直径を約600mmとし、3インチ径(約φ7
6 mm )のシリコンウェハ(基板4)を36枚並べ
、加熱台3を回転しながら加熱コイル2によって約11
50Cに加熱する。主ガスノズル5から四塩化シリコン
を約2m0t%含む水素ガスを約80 t/minの流
量で供給し、ウェハ4上にシリコンエピタキシャル層を
形成する。この場合、主ガスの流量、主ガスノズル5の
形状、孔位置は第8図に曲線■で示すように補充ガスを
供給しない場合の加熱台直径方向エピタキシャル層厚み
分布が最小(約±6%)となる条件を選んだ。主ガスノ
ズル5から四塩化シリコンを供給しエピタキシャル成長
を行なうと同時に補充ガスノズル7がら四塩化ケイ素約
1.5 mot%を含む水素ガスを補充ガスとして約2
t/min供給する。補充ガスノズル7の上下調節機構
15及び回転機構16を駆使して予備実験を行ない、ノ
ズルの噴出口直径を30態、孔先端からウェハ4表面ま
での距離を30闘、ノズル孔中心の加熱台直径方向位置
を加熱台の回転中心から450+oに決めた。
以上の条件によって20分間エピタキシャル成長を行な
い、約20μmのシリコンエピタキシャル層を形成した
。この時の加熱台直径方向膜厚分布を第8図に曲#Jで
示す。
以上説明した本発明の気相成長装置によれば第8図に示
すように、膜厚分布は補充をしない場合の約±6%を約
±3%に、補充ガス方式を採用しない場合、±3%以内
の均一性が得られるウエノ・数は全チャージ数のほぼ1
/2であることから実質的にバッチ当りのウェハ処理枚
数を約2倍に向上することができる。
第9図は補充ガスノズルを3本設置した場合の縦型炉平
面図を示す。補充ガスノズル71,72゜73はそ、れ
ぞれ加熱台3上の領域(I)、 ([)、 ([)を分
担し膜厚分布を修正する。第10図の′@線N、 Pは
この場合修正前後め膜厚分布を示したものである。図中
にはノズル71〜73に対応子る各ノズル単独の補充効
果も曲線に−Mで同時に示しである。補充ガスノズイレ
73によって大部の・領域の修正ヲ行ない、補充ガスノ
ズル71.72のノズル孔とウェハ表面間の距離、ガス
中の原料濃度を補充ガスノズル7jに比べて小さくシ、
補充効果を局所的で且つ少量左して炙りの部分の膜厚修
正を行なった。この場合、数回の予備実験時に補充ガス
ノズル回転によるノズル孔中心位pの調整を行ない補充
位置のずれを直した、。膜厚分布の精密な修正ができる
ことから均一性は約±1%まで向上できた。
本実施例ではシリコンのエピタキシャル成長を列に説明
したが他のシリコン酸化膜、7リコン窒化膜、リンガラ
ス、多結晶シリコン等縦(ロータリディスク)型炉を用
いて形成する各種の気相成長膜の膜厚分布の均一性向上
に適用できることは云うまでもない。
本実施列では補充ガスノズルの□炉内への挿入はベルジ
ャベースを通して行なった。勿論、構造上可能乏位置か
ら補充ガスノズルを炉内挿入し、ノズル孔と基板表面の
距離及びノズル孔の加熱台半径方向位置の調節が回層で
あれば本実施例と同一効果が得られることは当然Cある
【図面の簡単な説明】
第1図は補充ガス方式を適用した縦型気相成長装置を示
す断面図、第2図は第1図に示す装置による成長結果を
示す図、第3図〜第5図は第1図に示す装置において、
補充ガスノズルの位置、原料ガス濃度を変えた時の成長
結果を示す図、第6図は本発明の一実施例を示す縦型気
相成長装置を示す断面図、第7図は第6図に示す装置の
加熱台と主及び補充ガスノズルの関係を示す図、第8図
は第6図に示す装置による成長結果を示す図、第9図は
本発明の池の実施例になる縦型気相成長装置の加熱台と
主及び補充ガスノズルの関係を示す図、第10図は第9
図に示す装置による成長結果を示す図である。 1・・・反応炉、ベルジャ、2・・・加熱コイル、3・
・・加熱台、4・・・基板、5・・・主ガスノズル、6
・・・排気口、7.71,72.73・・・補充ガスノ
ズル、12・・・回転軸、13・・・ベース、14・・
・コイルカバー、15・・・補充ガスノズル上下調整機
構、16・・・補充ガスノズル回転機構。 11yt  口 第゛6I2J ′IIys  図 ロ申ム中I(かうの距勉(凰ηt) 第912] 第 lO図 r]h中Icがう/)i(MFK)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、円板型加熱台上に基板を載置し、該加熱台を回転し
    ながら加熱手段により加熱し、加熱台回転中心位置より
    原料ガスを供給し前記基板上に気相化学反応により薄膜
    層を形成し、加熱台円周位置から廃ガスを排気する構造
    の縦型の気相成長装置において、主原料ガス導入管とは
    別に補充ガス導入管を1ヶ以上設け、前記補充ガス導入
    管は上下調整機構、及び回転機構を備えたことを特徴と
    する気相成長装置。
JP17972881A 1981-11-11 1981-11-11 気相成長装置 Granted JPS5881437A (ja)

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JP17972881A JPS5881437A (ja) 1981-11-11 1981-11-11 気相成長装置

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JPS5881437A true JPS5881437A (ja) 1983-05-16
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