JPS60107822A - 気相成長装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は８圧で気相反応を行なわせ基板ウェハ上に気相
成長７・−合形成する気相成長装置の一改良に関する。

〔発明の背景〕

反応容器内に基体ウェハを収納し、高温に加熱しながら
原料ガスを導入することによって基体ウェハ上に気相成
長層を形成する気相成長方法は、ＬＳＩ製造プロセス等
、半導体工業の分野に２いて広く応用されている。気相
成長方法で形成される成長層には、例えば、シリコン酸
化膜（Ｓｉｎ２八窒化シリコンＭ　（Ｓ　ｉ３Ｎ４　）
　、多結晶シリコン膜（Ｓ　ｉ　）、燐ガ２ス（ＰＥＧ
）、酸素ドープ多結晶シリコン膜、単結′晶シリコン（
Ｓｉ）などがおる。このような気相成長層は、一般に、
可燃性、腐蝕性及び有毒性ガスを原料とすること、４０
０Ｃ〜１２００Ｃの高温度に加熱する必要があること、
形成する薄ｔｔＡに均一性が要求されることなどの掻出
から通常、基体ウェハを一定数反応容器内に収納して処
理するバンチ方式によって形成、されている。しかし、
バッチ方式には−バッチの処理能力に限度かめシ、また
単位時間当シの生産数（スループント）にも瀘点がめる
ことから、コスト低減阻げとなっている。この様な問題
を解消する方策の一つとして、基本ウニ八を減圧状態に
保つことによって均一性を向上し、且つ処理枚数を増ヤ
し、スループットの向上を図る減圧気相成長方法などの
新たなバッチ方式が提案され、ＳｉＯ□、多結晶シリコ
ン、単結晶シリコンの形成に利用されている。しかし、
近年、ＬＳＩ生産が増大し、更に、コスト低減と歩留り
向上を目的とする基体ウエノ・直径の大口径化（直径１
２５〜１８０鷹）の傾向にめるが、前述の減圧方式の気
相成長によっても均−性向上の点で対応が困難となりつ
つある。

このバッチシステスの欠点を解消する方法として、加熱
台上に載置した基体ウニ八を一方から連続的に反応容器
１円に供給しつつ、気相成長を行なわしめ、他方から連
続的に取シ出す。いわゆる、Ｊ！！続搬送方式が知られ
ている。この方法は生産が連続的に行なわれる点から生
産性に優れ、また、基本ウェハを一枚ずつ処理すること
から基体ウェハ全面の均一性を保つことはバッチ方式に
比べて容易であυ、犬口任基本に対しては有利である。

しかし、一般に、気相成長層に、（１）不純物の混入、
（２）結晶欠陥、（３）異物やフレークなどによる異帛
成長等が存在すると製品歩留シを悪くするなどの理由で
、連続方式で最も重要な基体ウェハの搬送手段の適切な
方法が開発されていない。即ち、搬送台に金属材料を用
いることは、反応が高温で、且つ、比較的腐蝕性ガスを
原料とするｔこめ、不、ｌ′ｆｌｌ物の混入や結晶欠陥
発生の要因となる。また、車輪等を用い反応容器内に接
触しながら搬送する方法は、反応析出物が容器内壁へも
付着してダスト全舞い上らせ、結晶欠品の発生や突起等
の異常成長の原因となる。このため、連続搬送方式の気
相成長装置の実用化は遅れている。

特に、反応温度が１ｏｏｏｃ以上、ｗ、科ガスとして腐
蝕性ガス番使用し、高純度で、且つ、結晶欠陥のない気
相成長層の形成が要求されるシリコンのエピタキシャル
成長への連続搬送方式の採用は非常に困難となっている
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、大口径の基体ウェハに対しても均一で
高品質の気相成長層が可能で、単位時間当夛の生産数の
高い気相成長装置を提供するにおる。

〔発明の概要〕

本発明の特畝は、反応容器に、別に端部にウェハ収納容
器が接続されたウェハ移送室金直請し、反応容器とウェ
ハ移送室との二室間を開閉可能な隔離板によシ分離した
ことにある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明金シリコン単結晶基体にシリコン単結晶層
を形成する、いわゆる、シリコン（ホモ）エピタキシャ
ル成長を例にとシ、図面に従って説明する。第１図は本
発明を適用した気相成長装置の断面説明図でるる。石英
製のペルジャ一様反応容語ｌ内には大口径（φｘ５ｏ鷹
）のシリコン基体２を水平に載置した加熱台（Ｓｉｃ被
覆したグラファイト）３が収納されている。ベルジャ頂
部にはシリコン基体ｌの表面温度を高温（約１１００Ｃ
）に加熱するための赤外ランプ４が設置されている。反
応容器ｌを固定密閉し、０−リングによって反応容器内
への外気の浸入を防ぐステンレス製ベースフランジ（水
冷）都に設け７’Ｃ貝通孔を通してガス供給ノズル５が
設けてめシ、基体１表面近傍に反応ガスが供給される。

また、ペースフランジには排気口６が設けられ、反応の
廃ガスはここから系外に排出される。仁の構成は従来の
縦、（０−タリーデスク）型気相成長装置とほぼ同一で
ある。

本発明の気相成長装置では反応容器ｌの下部開口部には
ウェハ移送室７が直結され、反応容器ｌとウニ・・移送
室７の１川には上・下−可能な隔離板（石英ａ：低温の
場合にはステンレス製でも０Ｔ）８が設けてアシ、成長
反応時には画室の分離が可能な構造となっている。移送
室７には多数の基体ウニ八を収納したウェハカートリッ
ジ９ｔ−設置するカートリッジ収納部ｌＯが連結されて
いる。また、カートリッジ収納部１０の端部にはウェハ
移送のための移送・護構１１が、また、収納ｆｌｓの別
な側面には、カートリッジを外部にＪ収シ出ず揚訃、外
Ａの流入を防ぐためのバンファボックス１２が開閉可能
な戸扉１３を介して接続されている（第２図）。カート
リッジ収納部１０にはパージ用の窒素ガス（又は不活性
ガス）や反応のキャリヤガス（例えば水系ガス）と同一
ガスを導入するためのガス尋人口１４が、また、パン７
アーボツクスには混入する外気をパージし窒素ガスや水
素ガスに置き換えるだめのガス導入口１５と排気口１６
が設けられる。

次に、本表置を用いてシリコンのエピタキシャル成長を
行なう場合の実施例について説明する。

まず、反応ガス供給ノズル５よ多窒素ガスを供給し、反
応＃器ｌ内の外気等不純ガスを置換した後、成長反応の
キャリヤガスとなる水素ガスを２０ｔ／−の流量で導入
する。この時、同時にカートリッジ収納部ｌＯに設けら
れたガス導入口ｌ１４からも、窒素ガス、次いで水素ガ
スが導入され、収７１丙部ｌｏ１ウェハ移送室７も成長
反応のキャリヤガスと同じ種類のガスに置換えされる。

これらのガスは、反応容器下部の圧力の方が移送室に比
べて低く保たれているので隔離板８に設けた小孔１５を
通って反応容器ｌの下部に流出し、排気口６から系外に
排出される。反応容器ｌ内及びウェハ移送室７の水素置
換分終えた後、６インチの大口径基体ｌをｌＯ枚入れた
カートリッジ９をバッファボックス１２に挿入し、前述
と同様に、外気の窒素置換、水素［ｉｉｌする。次いで
、聞閉戸扉１３を開け、カートリッジ９を容器外操作に
よシカートリッジ収納部ｌＯに移送する。隔離・及８を
降下させ反応容器ｌとウェハ移送室７を連結すると同時
に、加熱台３をも第３図に示す位置まで降下させる。ロ
ーＴｈ゛ｉｚによってカートリッジ９のウェハｌを加熱
台上に移送した後、加熱台３を再び元の位置に上昇させ
、同時に隔離板８も上昇し反応容器ｌとウェハ移送室７
とを分離する。次いで、赤外加熱ラング４を点灯し、約
５分でウニ凸表面温度をｌ１００Ｃに保つ。反応ガス供
給ノズル５から供、１合する水系キャリヤガス（２０ｔ
／−１ｎ）中にＳｉ原料としてジクロルシラン（Ｓｉ）
（２Ｃ４）を１００ｍＡ／―を混入しエピタキシャル成
長を開始する。この時ウェハ移送室７には約５ｔ／―の
Ｈ２ガスが常時流入されていることから反応排ガスの流
入による成黄侍滅中の基板ウェハｌに対する汚染は防が
れる。よシ確実な沖染防止を行なうには、ウェハ移送室
７とカートリッジ収納部１００間に、ウェハ移送可能な
程度の間隙を残した仕切板（Ｊａ図参照）１６を設けれ
ば良い。同様な効果をウェハ移送室７の形状を変え、断
面を絞った構造によっても達成される。

約１０分間の成長時間でＩＱ、ｃｚｍのエピタキシャル
成長層を形成した後、５ｉＨ２Ｃｔ２ガスの供給を止め
、同一温度で１分間保持し残留５ｉ１（２Ｃｔ２ガスを
排気した後、５分間で６００Ｃ以下まで冷却する。

従来法ではこの後、水素ガスを止め、窒素ガスで約５分
間置換し水索爆元の危険を防止した後、ペルジャーを開
け、ウェハを取り出し、次の基体ウェハをチャージする
。

本発明では、ｉ４温訛の反応容器ｌ内もウェハ移送室７
内も同一の水素ガス雰囲気でるることがら、４素置換を
省き、直ちに隔離取８を降下し反応容器イの下部を開口
できる。この結果、一工程時間の短縮が可能となムスル
ーグット金向上できる。

隔離板８を降下した後、加熱台８を降下し、ウェハ移送
ｉ構１１によって成長を終え、ウェハ２をカートリッジ
９に移し新たな基本ウェハ２ｒチヤージする。加熱台３
を元の成長位置に上昇し、隔離板８によシ反応容器ｌと
移送室７を分離した後、昇温し、次の成長工程を開始す
る。従来法では、この昇温直前の場合にも、外気置換の
ための窒素ガス流入操作（約５分）、窒素→水素置換の
水素流入操作（約ｉｏ分）が必要であるが、本発明では
省略することができる。

本発明の実施例装置によれば、ウェハ２の取シ出し及び
チャージ工程に２ける反応容器ｌ自体の関口は不要とな
る。この結果、反応容器ｌ中への外気の流入はなく、■
従来法に２ける成長前後の不活性ガスパーン工程を省略
でき成長工程時間の短縮が可能になる。■反応容器中に
／Ａ存する未反応原料ガスと空気中水分との反応が防止
されることから、装置内での腐蝕や副生成物（固体ダス
ト）の発生は無くなシ、常に、況浄な状態が維持される
。また、■ウェハはほぼ４ｇ器内に対し非接触状態で移
送さｎダスト発生要因が一ベする利点もめる。

第４図はよシスループツトの向上を図るため改善された
装置を示す。カートリッジ収納部ｌＯを２ケ所設け、一
方を成長待、講ウェハ、他方を成長終了ウェハの収納カ
ートリッジとし、基体ウェハの取シ出し及びチャージを
ローダの一度の操作で行な５ように工夫されている。

第５図は、更に、スループットの向上を図るための装置
を示す。即ち、気相成長の工程時間はガス置換時、成長
時間、昇１４温時間、基体移送時間に大別されるが、本
方法は昇降温時間の短縮を図るため改善さＩしている。

一般に急速な昇降温は結晶欠陥の導入等の間」が必シ、
本方法にはこれらの問題の解消法が盛シ込まれている。

ウェハ移送室７の途中には、新たに二ケ所に加熱装置１
７が配置さｔている。この加熱装置１７は一方が昇温加
熱装置で他方が降温加熱装置でおる。基体ウェハ一枚が
成長工種中に、他の一枚はほぼ、成長温度近傍の温度ま
で昇温加熱装置下で予備加熱されて待機する訳でるる。

更に、成長を終えた他の一枚の基体は降温加熱装置下で
ゆつくシー４温が開始される。このようにすることによ
って昇降温時間の大１１笛な短縮がり能となる。勿論、
この場合にも、ウェハ移送は各ウェハの同期を合せロー
ダの一操作によって行なう。また、この場合には移送時
に２ける加熱の不均一を防ぐため、ウェハは熱容址の大
きな加熱台３上に載せたまま行なわれる。

！ 以上の説明では大口径ウェハ１枚処理の場合について述
べたが、本発明を従来の多数枚基本をチャージする縦型
気相成長装置に適用することは容易に可能である。

更に、シリコン単結晶の気相成斥装置を例として説明し
たがｓｔｏ、、ｓｔ、Ｎ４．ｐｓａ、多結晶シリコン等
の形成装置への適用も勿論ＩＪＪ′１出である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、基本放冷温度を従来に比べ高め（５０
０Ｃ以下）に設定でき、気相成長工程時間を約３０％以
上短縮でき、更に、反応容器の開放操作が黒く外気接触
による系内汚染は皆無となシ、結晶欠陥の無い高品貞の
気相成長ウエノ１が歩留シ良く得られた。

【図面の簡単な説明】

粛１図から第３図は本ＳＬらｕＡ気相成長装置の一実施
列の断面図、第４図、第５図は本発明の他の実施列の断
面図である。 ｌ・・・反応容器、２・・・基本ウエノ１．３・・・加
熱ム、４・・・加熱装置、６・・・排気口、７・・・移
送室、８・・・隔副板、９・・・ウェハカートリッジ、
１０・・・カートリツ刑１　霞 ム 箔２霞 も３０ カ４の ｆ１５目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外部から供給された反応ガスを常圧で気相反応させ
   、基体ウェハ上に気相成長層を形成するための反応容器
   と、ａ数の前記基体クエハ金収納可能な′碩域をも゛ら
   、且つ、前記基体ウェハを移送するに十分な断面積を持
   った移送室と、前記基体ウェハを保持し前記移送室内を
   移送する手段とからなシ、前記反応容器の下部開口端に
   前記移送室を直結し、前記移送産金小孔をもった隔離板
   の開閉操作によって連結及び分離可能としたこをを特徴
   とする気相成長装置。 ２、特許請求の範囲第１項に２いて、反応のキャリヤガ
   ス、または、不活性ガスの導入口を設置したことを特許
   とする気相成長装置。