JPS60113921A - 気相反応方法および装置 - 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】 〔技術分野〕 本発明はウェーハ上に薄膜を形成する気相反応方法およ
び装置に関し、特に大口径ウェーハ上に均一に薄膜を形
成し得る気相反応方法および装置に関するものである。

〔背景技術〕

半導体装置の製造工種に不可欠のＣＶＤ　（Ｃｈｃｍｉ
−ｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）　、
ｘビタキシー等の所謂気相反応技術では・多数枚のウェ
ーハを同時に処理するものとして減圧ＣＶＤ装置や低圧
ホットウォール・エピタキシャル装置が知られている。

これらは通称ホットウォール型と呼ばれており、横型炉
に水平方向に延設した石英製の反応管の中にキャリヤ冶
具な用いて多数枚のウェーッ・を縦に立てて挿入し２反
応ガスを導入した低圧状態の雰囲気下で加熱処理してウ
ェーハ上に薄膜を形成するものである（例えば特開昭５
４−１６０１７２号公報）。

このホットウォール型は前述したウェーハの配列圧より
多数枚のウェーハな同時に処理できる利点を有するもの
の、ウェー・・は反応管中で固定状態にあるために・反
応管内を長さ方向に流れるガス流の影響およびウェーハ
間の隙間へのガス拡散の影響が大きく・しかも反応管が
加熱されるため管壁に反応生成物が付着する等の影響も
あってウェーハ上に形成される薄膜の膜厚および抵抗率
の均一性が低下するという問題があることを本発明者は
見い出した。特に、ウェーハの直径がｌ　Ｑ　Ｑｍｍ　
。

１２５ｍｍ　と大口径化されるのに従って均一性は更に
低下され、１５０ｍｍ、１７５ｔｎｍ以上に大口径化し
た場合には致舗的な不具合となる。

１だ、前述のように反応管の管壁は加熱されるために反
応生成物が付着されるが、この付着物が剥れて落下し異
物となってウェーハ表面に付着して薄膜欠陥を生じ易い
。更に・反応管内へのウェーハの搬入、搬出は中ヤリャ
冶具を使用して行なっているが、これを行なうためには
特殊な装置を必要とし設備費等が高価なものになるとい
う問題もあることな本発明者は見い出し、前述した問題
を解決するために鋭意検討した。

〔発明の目的〕

本発明の目的は大口径ウェーハ上に均一性が良好でかつ
欠陥の発生がない薄膜を形成することができる気相反応
方法を提供することにある。

また本発明の他の目的は大口径ウェーハの多数枚処理が
可能でかつウェーッ・上に均一性が良好でしかも欠陥発
生のない薄膜を形成でき、かつ設備の低コスト化を達成
できる気相反応装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は１
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、ウェーハを上下方向に多段にかつ水平に保持
する一方１反応ガスをウェーハ面と平行な水平方向に流
して薄膜を形成することにより。

ウェーハ面に均一に反応ガスを接触させかつウェーハ面
上における反応ガスの拡散効果を高めて均一性のよい薄
膜を形成するものである。

また、内部に反応ガスを水平方向に通流する縦型の反応
管と、この反応管内に出入可能でかつ多数枚のウェーハ
を水平にかつ上下方向多段に保持するウェーハ保持冶具
とを備え・かつ必要によりウェーハ保持冶具を水平回転
できかつ反応管を冷却し得るよう構成することにより、
ウェーハ上に形成する薄膜の均一性を良好にし、かつ欠
陥発生を防止し・しかも多数枚処理効率の向上と低コス
ト化を達成するものである。

〔実施例〕

第１図ないし第３図は本発明の一実施例である気相゛反
応装置の側部断面図を示しており・　この気相反応装置
は石英ガラスを円筒容器状に形成した反応管ｌと・この
反応管ｌ内にその上部開口から出し入れ可能なウェーハ
保持冶具２を備えている。

ウェーハ保持冶具２も石英カラスから構成され・上下に
配した円形の端板３．４と、これら端板３゜４間に延設
した３本のロッド５，６．７とｃ枠状（形成している。

３本のロッドの中２本のロッド５．６は端板３，４に両
端を固定し・　１本のロリド７は端板に対して着脱自在
としている。そして。

各ロッド５．６．７の内面側には長さ方向に並列した多
数本のスリット８を刻設し・各スリット８部においてウ
ェーハＷを図示のように水平［かっ多段に水平保持でき
るようにしている。一方％前記上側の端板３にはスリー
ブ９を連結し、このスリーブ９を介してウェーハ保持冶
具２を蓋板ＩＱに懸吊支持させると共に回転機構１１に
連結している。回転機構１１はスリーブ９の上端に円周
方向に等配した複数個のマグネットからなる内輪マグネ
ット１２と、その外側に同心配置した環状ギヤ１３に取
着した複数個のマグネットからなる外輪マグネット１４
と、前記環状ギヤ１３に噛合すルヒニオンを回転軸に取
着したモータ１５とを備え・モータ１５を駆動すること
により環状ギヤ１３と共に外輪マグネット１４を回転さ
せ、磁力によって更に内輪マグネッ）　１２．つまりス
リーブ９およびウェーハ保持冶具２を水平に回転させる
ことができる。なお、スリーブ９の中心位置には温度セ
ンサを内装した保護管１６を垂架している。

一方・反応管ｌは径方向に対向する各側面に夫々軸方向
に延びる開口を形成し・一方の開口を反応ガスの導入口
１７、他方を排気口１８として構成している。導入口１
７＆ｃ）！石英ウールや多孔質部材等からなるガス分配
器１９を内装すると共にガス導入管２０を接続したカバ
ー２１で導入口１７を閉塞している。ガス分配器１９は
ガス導入管１７から供給される反応ガスを反応管１の長
さ方向注下方向）Ｋ均一に分配する。また、排気口１８
には図外の排気ポンプに連接した排気管２２を接続した
カバー２３を取着し、排気口１８の全長にわたって排気
を行なうことができる。そして、この反応管１の上部開
口２４上には前記蓋板１０を上置させ１Ｍ板１０の下面
に設けた０リング２５とステンレス製の押え２６とで上
部開口２４を気密に閉塞する。

他方・前記反応管１の外周および底面にはハウジング２
７に支持された多数本の赤外ランプ２８を配設し、赤外
ランプ２８の輻射熱で反応管ｌ内部を加熱できるように
している。前記ハウジング２７は中空構造として内部に
空気室２９を画成し、空気室２１＋：は図外の冷却空気
ポンプを接続すると共に赤外ラング２８間に多数個の気
孔３０を開設し、前記冷却空気ポンプから空気室２９内
に圧送すれた冷却空気な気孔３０から反応管１外周面に
吹きつけるようになっている。なお、冷却体としてずル
のガス、例えばＮｔ（窒素）ガス等を使用しても良い。

次に以上の構成の気相反応装置の作用と共に本元明方法
を説明する。

先ず・押え２６を緩めた後、図外のリフトで蓋板ｌＯを
上昇させる。これによリースリーブ９により懸吊されて
いるウェーハ保持冶具２も上昇されて反応管１の上部開
口２４上に引き出されろ。

ここで・ウェーハ保持冶具２を一旦スリーブ９から取外
し、内部に多数枚のウェーハＷを水平鴨かつ上下方向に
多段にセ・ソトした上で再びスリーブ９に連結させる。

ウェーハＷのセットに際しては、ウェーハ保持冶具２を
一度横向きにした上で１本のロッド７な端板３．４から
取外し、形成された余裕部から各ロッド５．６のスＩＪ
　Ｉ）８にウェーハＷを挿入し、再びロッド７７ａ−取
着してウェー／’％Ｗの脱落を防止させる。しかる上で
蓋板１ｏと共にウェーハ保持冶具２を下降させ、蓋板１
ｏで反応管１の上部開口２４を閉塞する。押え２６と０
リング２５の協働によって気密性を保持することシま勿
論である。なお、ウェーハＷは例えば直径１７５ｍｍの
ものを２５〜５０枚セットできるようにする。

次いで、導入管２０ないし導入口１７から反応管１内に
雰囲気ガス（Ｎ　ｔ　またはＨ８）を導入し内部をこの
ガス雰囲気とする。このとき、低圧ＣＶＤまたは低圧エ
ピタキシャル成長を行なう場合には導入口１７から雰囲
気ガスを導入しながら排気口１８を通して排気を行ない
、反応管ｌ内を所定の圧力（たとえば０．Ｏ１〜１００
Ｔｏｒｒ）に保持する。

この上で、回転機構１１＆作動してウェーハ保持冶具２
を水平回転させる一方で赤外ランプ２８によりウェーハ
Ｗを必要な温度（低温ＣＶＤの時：２００〜４５０℃、
　中温ＣＶＩＭ）時：　５００〜８５０℃、高温エピタ
キシャル成長の時：９００〜１２００℃）に加熱した後
、前記雰囲気ガスに加え−ｃｓｉ）ｉ４＋Ｏｔ　。

ＳｉＨ４＋礼、　ＳｉＨ，Ｃ４＋鵬、Ｓｉ鴇Ｃ４＋鵬等
の反応ガスを導入口１７から導入し、ウェーハＷ上にＳ
ｉｎ、、多結晶Ｓｉ、Ｓｉ、Ｎ４．単結晶８ｉ等の薄膜
を被着させる。この間、赤外ランプ２８を支持している
ハウジング２７の気孔３０からは反応管ｌの外周面に向
けて冷却空気を吹きつけ・反応管１の高温化の防止を図
っている。

したがって、この気相反応によれば、多数枚のウェーハ
Ｗを夫々水平にかつ多段に保持する一方・これらウェー
ハＷの面と平行な水平方向に反応ガスを通流しているた
め・各ウェーッＳＷ面上における反応ガスの均一化を向
上し、被着させた薄膜の膜厚、抵抗率等の均一性を良好
なものにできる。

特にウェーハの直径が１７５ｍｍ以上に大口径化された
場合にも均一性を良好なものとする＠また・ウェーハＷ
をウェーハ保持冶具２と共に回転させながら赤外ランプ
２８で輻射加熱しているので、ウェーハＷの加熱温度分
布を均一にし、薄膜の均一化を更に高めることができる
。一方１反応管１自体は強制冷却しているので反応管１
の内壁に反応生成物が付着することがなく、薄膜の均一
化の向上と共に異物欠陥の発生を防止できる。更に反応
管ｌ内のウェーッ・Ｗの装填についても、ウェー・・保
持冶具２の利用により極めて容易に行なうことができる
。

薄膜の形成後は、赤外ランプ２８による加熱、反応管ｌ
内へのガスの導入、ウェーッ・保持冶具２の回転を全て
停止させた後に、前述と逆の工程でウェーハＷをアンロ
ード貞せることになる。続いて次のウェーハＷをセット
する。

〔効　果〕

（１）　ウェーッ・を水平〃１つ多段に保持した状態で
、ウェーハの面と平行にガスを通流して薄膜の形成を行
なっているので、ウェーッー表面におけるガスの分布を
均一なものとし、被着さンた薄膜の膜厚。

抵抗率の均一化を向上できる。特に大口径ウェーハに対
して有効である。

（２）　ウェーッ・を反応管内で回転させているので・
ウェーハに対するガスや温度の影響を均一なものとし・
薄膜の均一性を更に向上できる。

（３）反応管を強制冷却しているので、反応生成物が反
応管内壁に付着することがなく、その分ウェーハ上への
薄膜形成効率の向上を図ると共に・異物の発生を防いで
薄膜欠陥を未然に防止できる。

（４）多数枚のウェーハを水平かつ多段に反応管内にセ
ットしているので、反応管に対するウェーハーの面積効
率（１ｍ！　当りの処理枚数）がよ〈、大口径ウェーハ
に対するスループッ）　（１時間当りの処理枚数）を向
上でき、更に構造の簡易化に伴なって占有スペースの低
減ないしウェーハコストの低減を達成できる。

（５）　反応管に対してウェーッ・保持冶具を上下動さ
せてウェーハのロード、アンロードを行なうσ）で、ロ
ード、アンロードを容易に行なうことができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが１本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。たとえば、ウェーハ保
持冶具は下側で支えて回転させる構成にしてもよく、１
だ赤外ランプに代えてヒータを使用してもよい。更に反
応管は水冷構造にしてもよ（、この場合には反応管を二
重構造にしその間に冷却水を通流する構成とすればよい
。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である低圧ＣＶＤ、低圧エ
ピタキシャル成長の技術に適用した場合について説明し
たが、それに限定されるものではなく、常圧ＣＶＤ、常
圧エピタキシャル成長にも適用でき、また反応温度は低
温（６００℃以下）、中温（６００〜８５０℃）のみで
はなく高温（８５０℃以上）でも可能である。更に、Ｓ
ｉ　ウェーハ上へのＣＶＤ、エピタキシャル成長に限定
されるものではなく％ＧａＡｓ　、ＧａＡβＡｓ等の化
合物半導体上へのＣＶＤ、エピタキシャル成長も同様に
実施できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である気相反応装置の縦断面
図。 第２図は横断面図。 第３図は主要部の部分分解斜視図である。 ■・・・反応管、２・・・ウェーッ・保持冶具、３，４
・・・端板、５，６．７・・−ロッド、１０・・・蓋板
、１１・・・回転機構、１７・・導入口、１８・・・排
気口、１９・・・分配器、２７・・ノーウジング、２８
・・・赤外ランプ、２９・・・室、３０・・気孔、Ｗ・
・・ウェーッ・。 第　１　図 第　２　図 第　３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、所要のガス雰囲気の反応管内に多数枚のウェーハを
   水平かつ多段に保持すると共に、これらウェーハの面と
   平行な水平方向に反応ガスを通流しながら前記ウェーッ
   ・上に気相反応膜を形成することを特徴とする気相反応
   方法。 ２、ウェーハを水平回転させてなる特許請求の範囲第４
   項記載の気相反応方法。 ３、反応管の周囲よりウェーハを輻射加熱してなる特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の気相反応方法。 仝２反応管を強制冷却してなる特許請求の範囲第１項な
   いし第３項のいずれかに記載の気相反応方法。 ５、内部を所要のガス雰囲気に設定可能な反応管と・こ
   の反応管内に出入可能でかつ多数枚のウェーハを水平か
   つ多段に保持できるウェーハ保持冶具とを備え、前記反
   応管は反応ガスな水平方向に通流できるよう構成したこ
   とを特徴とする気相反応装置。 ６、ウェーハ保持冶具な回転可能な構成としてなる特許
   請求の範囲第５項記載の気相反応装置。 ７、反応管の垂直方向にガス導入口と排気口を延設して
   なる特許請求の範囲第５項又は第６項記載の気相反応装
   置。 ８、反応管の周囲に加熱手段を設けてなる特許請求の範
   囲第５項ないし第７項のいずれかに記載の気相反応装置
   。 ９、反応管を強制冷却する冷却手段を設けてなる特許請
   求の範囲第５項ないし第８項のいずれかに記載の気相反
   応装置。