JPS6155917A - 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】 産業上の利用分野 本発明は気相成長装置に関し、特にウェハを出し入れす
る等の作業が簡単で、その作業に要する時間が短かく、
従って装置の利用効率を高くすることができ、しかも構
造が簡単で低価格な新規な気相成長１置を提供しようと
するものである。

従来技術 ＩＣ１特にコンプリメンタリＭＯ５ＩＣは半導体基板上
に半導体層をエピタキシャル成長法により形成し、エピ
タキシャル成長層に半導体素子を形成するという方法で
つくられる場合が多い。

従って、半導体ウェハに対してエピタキシャル成長層を
形成することの重要性が非常に大きい、これはコンプリ
メンタリＭＯ３ＩＣにおける寄生サイリスタのラッチア
ップ、ソフトエラー発生等の問題が半導体基板上のエピ
タキシャル成Ｍ層に半導体素子をつくるという技術で回
避ないしは軽減することができるためである。

ところで、従来のエピタキシャル成長装置は一般に縦型
であり、１回のエピタキシャル成長処理が終ってから半
導体ウェハを取り出すまでに次のプロセスが介在する。

即ち、所定の膜厚を得るに必要な時間（例えば１５分間
）反応ガス、例えばシランＳ　ｉ　Ｈ４を供給するとそ
の供給を停止し。

それによってエピタキシャル成長処理を終えるが、その
後直ちにペルジャー開は半導体ウェハを取り出して良い
というわけではない、そのようにすると半導体ウェハ表
面が外気により酸化等され変質してしまうからである。

そこで、反応ガスの供給を停止すると水素ガスＨ２をペ
ルジャー内部に供給してそこを完全な還元性雰囲気に保
ちながら内部温度をエピタキシャル成長処理温度から常
温ないしはそれに近い温度まで低下させる必要がある。

それに大体１５分間から２０分間程度かかる０次に、充
分に内部温度が低下するとペルジャー内部を危険性の高
い水素ガスＨ２から危険性のない窒素ガスＮ２に置換し
たうえで初めてペルジャーを開くことができる。このガ
スの置換をしペルジャーを開くのに５乃至６分間かかる
。そして、ペルジャーを開いた状態でサセプタ上のエピ
タキシャル成長処理済みの半導体ウェハを１枚ずつビン
セットで把持しながら取り出さなければならない、この
ウェハの採り出しに５分間程の時間を要する。

又、半導体ウェハの取り出しを終えると直ちに別の半導
体ウェハに対してエピタキシャル成長処理を施すことに
なるが、成長処理をする半導体ウェハをサセプタ上に配
置するのに５分間程度かかる。そして、ペルジャーを閉
じて内部を窒素ガスＮ２で満たし、次いで、そのガスを
水素ガスＨ２に置換する。その後、内部温度を所定のエ
ピタキシャル成長処理温度まで高めるべく加熱する。

尚、窒素ガスＮ２でペルジャー内を満たすの番こ５分間
、窒素Ｎ２から水素Ｈ２に置換するのに５分間、そして
、加熱するのに約１０分間かかる。

以上のように、エピタキシャル成長作業の１サイクルの
時間は従来は１時間以上、より詳しくは１時間ｌＯ分程
度であり、非常に長かった。

そのため、装置の利用効率は悪く、三交代操業でエピタ
キシャル成長装置を運転しても１台のエピタキシャル成
長装置によってエピタキシャル成長処理のできる半導体
ウニ／Ｘの１月当りの枚数は３０００乃至４０００程度
にすぎない、しかも、一般にエピタキシャル成長装置は
構造が複雑で、価格が例えば１億５千万円と非常に高い
、その結果１表面にエピタキシャル成長層を形成した半
導体ウェハの価格は非常に高くなってしまう、具体的に
は１表面を鏡面研摩仕上げした半導体ウェハ（直径４イ
ンチ）の購入価格が１枚２７００円程度にすぎないのに
対して、同じ大きさの半導体ウェハでも表面にエピタキ
シャル成長層を形成したものの１枚当りの購入価格は７
０００円程度にもなってしまう。

そのため、エピタキシャル成長装置の製造効率を高める
ことが要求された。しかし、エピタキシャル成長処理時
にはａ微量であっても酸素等半導体ウェハと反応するガ
ス、ゴミの反応部への混入は許されないのでエピタキシ
ャル成長処理をしているときに半導体ウェハを出し入れ
することが従来においては不可能である。従って、半導
体ウェハの出し入れをするときは前述のように内部雰囲
気を適宜に変え、内部温度をエピタキシャル成長処理（
１２００℃前後）から常温近くまで低下させたうえで半
導体ウェハをビンセット等を利用してエピタキシャル成
長装置内部のサセプタ上から取り出し、新しい半導体ウ
ニ／＼をやはりビンセット等を利用してエピタキシャル
成長装置内部のサセプタ上に載せるという作業を必要と
し、その間にエピタキシャル成長処理が完全に停止した
状態が長い時間継続することは回避できなかった。又、
ビンセットにより半導体ウニ／＼を把持して出し入れを
行うと傷がつき、又、微小なゴミが発生するという無視
できない問題も起き、その解決が要請されていた。

発明が解決しようとする問題点 しかして、本発明は半導体ウニ／＼の出し入れその他の
準備のため時に気相成長処理を長ｌ／１時間停止した状
態にしなければならないという従来の気相成長装置の持
つ問題点を解決し、連続的運転ができ、従って製造効率
が高く、シかも構造が簡単で低価格な！Ｉ？蜆な気相成
長装置を提供しようとするものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するための本発明の手段は、気相成長
室にウェハ出入口を形成し、気相成長が行われる反応部
から上記出入口を経て気相成長室外部に至る経路をウェ
ハ搬送台が往復移動するようにし、そして、反応部とウ
ェハ出入口との間をウェハと反応しないガスにより遮断
するようにするものである。

作用 上記手段を採るため１本発明によれば、気相成長室内の
反応部にウェハと反応するガスが外部から侵入するのを
反応部とウェハ出入口との間をウェハと反応しないガス
で満すことにより防止することができる。従って、外部
から反応部へのガス、ゴミ等の侵入を防止しつつ気相成
長処理そしてウェハの出し入れをすることができる。依
って、気相成長処理の停止状態が長く継続することを回
避することができ、気相成長装置の利用効率を高めるこ
とができる。

；Ｃ施例 以下に１本発明気相成長装置を添附図面に示した実施例
に従って詳細に説明する。

第１図は本発明の気相成長装置をエピタキシャル成長装
置に適用した実施の一例を示す縦断面図、第２図は第１
図の２−２線に沿う断面図である。

ｌは石英により形成されたエピタキシャル成長室で、扁
平な直方体形状を有し、その両端部が中間部分よりも幅
が狭くされ且つ開口されてエピタキシャル成長室１の出
入口２【、２ｒとなっている。３ｋ、３ｒはエピタキシ
ャル成長室１の左右両側に配置された副室で、上記出入
口２１．２ｒを介してエピタキシャル成長室ｌと連通せ
しめられており、この２つの副室３Ｌ、３ｒと主室とも
いうべき上記エピタキシャル成長室ｌとによって本実施
例のエピタキシャル成長装置が構成されている。

４ａ〜４ｆはエピタキシャル成長室１の背面側の壁面に
形成されたガス供給孔で、そのうちの真ん中の２つのガ
ス供給孔４Ｃ１４ｄからはシランＳｉＨ４と水素ガスＨ
２との混合ガス（混合比ｌ：９である。但し、非成長処
理時には水素ガスＨ２のみが供給される。）が、他のガ
ス供給孔４ａ、４ｂ、４ｅ、４ｆからは水素ガスＨ２が
エピタキシャル成長室１内部に供給される。５ａ〜５ｆ
はエピタキシャル成長室ｌの正面側壁面の上記ガス供給
孔４ａ〜４ｆと対応した位置に形成された排気孔で、エ
ピタキシャル成長室１内のガスは該排気孔５ａ〜５ｆか
ら排気される。６．６、・・・はエピタキシャル成長室
２内部に配置された仕切板で、各ガス供給孔４ａ〜４ｆ
から供給されたガスがエピタキシャル成長室１内部をそ
の背面側から正面側に向ってスムースに流れるようにす
る役割を果す、該仕！、ＩＪ板６．６、・・・は具体的
には各ガス供給孔４からそれと対応する排気孔５に至る
領域を他から仕切り、ガス通路（本例においては６個の
ガス通路）をつくるように設けられており、その中央部
が切欠かれてウェハ搬送台移動領域７が確保できるよう
にされている。該ウェハ搬送台移動領域７はエピタキシ
ャル成長室ｌ中央部から出入口２Ｌ、２ｒを経て２つの
副室３し、３ｒ内へ真直ぐに延びる帯状の部分（２点鎖
線で示す）を占有している。該ウェハ搬送台移動領域７
の中央部は、ガス供給孔４Ｃ１４ｄから供給され主とし
て排気孔５ｃ、５ｄから排気される反応ガスが通り半導
体ウェハに対するエピタキシャル成長が行なわれる反応
部８となる。９．９、・・・はエピタキシャル成長室１
の上側及び下側に配置された加熱用赤外線ランプである
。　８に赤外線ランプ９，９、・・・はランプ自身が温
度上昇してエピタキシャル成長室１の上壁及び底壁を徒
らに加熱し内壁面に粉状の半導体が付着してしまうこと
のないように点灯中は空冷冷却される。

ｌｏｔ、１０ｒは上記ウェハ搬送台領域７上を往復移動
せしめられて半導体ウェハ１１．１１゜φφ・をエピタ
キシャル成長室ｌ内に出し入れするウェハ搬送台で、石
英からなり、１０ｔは副室３ｔと反応部８の間を往復し
、１０ｒは副室３ｒと反応部８の間を往復する。１２１
．１２ｒは移動軸で、一端がウェハ搬送台１０ｔ、ｆｏ
ｒに固定され、他端が副室３Ｌ、３ｒから挿通孔１３．
１３を通って外部の露出せしめられており、該移動軸１
２１．１２ｒｔ−装置外部にて押したり引いたりするこ
とによりウェハ搬送台１０１．ｆｏｒを往復移動させる
ことができる。互いに固定されたウェハ搬送台１０１．
ｆｏｒと移動軸１２【。

Ｌ２ｒとは副室３ｔ、３ｒ内底部に設置されたローラ１
４Ｌ、１４ｒ上を一体的に移動するようにされることに
よってエピタキシャル成長室ｌ及び副室３ｔ、３ｒの内
底面と非接触な状態に保たれる。尚、移動軸１２Ｌ、１
２ｒとそれが通る挿通孔１３．１３との間は気密性が保
たれている。

１５．１５．　　・令・は適宜数の半導体ウェハ１１．
１１、争・・を載置するサセプタで、シリコンカーバイ
トＳｉＣをコーティングしたグラファイトにより形成さ
れており、半導体ウェハ１１、辷１．・ｏｓは該サセプ
タ１５にｉ置された状態でウェハ搬送台ｌＯ１，１０ｒ
により搬送される。

１６Ｌ、１６ｒは副室３ｔ、３ｒｃ７）上面に形成され
たガス供給孔、１７Ｌ、１７ｒは副室３ｔ、３ｒの底面
に形成された排気孔であり、上記ガス供給孔１６Ｌ、１
６ｒから副室３ｔ、３ｒ内に水素ガスＨ２が供給され、
そのガスは排気孔１７ｔ、１７ｒから排気される。

１８Ｌ、１８ｒは副室３ｔ、３ｒとエピタキシャル成長
室１との間を遮蔽する遮蔽板で、開閉可能にエピタキシ
ャル成長室１と副室３ｔ、３ｒとの間の部分に設けられ
ており、第１図及び第２図に示した状態においては、遮
蔽板１ｓｔが閉じ、１８ｒが開いた状態になっている。

エピタキシャル成長処理を行う場合、常に赤外線ランプ
９．９、・φ・を点灯して加熱状態にして成長室内部温
度を所定のエピタキシャル成長処理温度（例えば１２０
０℃程度）に保っておく。

尚１反応部８のみを加熱すると反応部８に半導体ウェハ
搬送方向における温度勾配が生じ、均一な膜厚、　Ｈｆ
ａ買のエピタキシャル成長層が得られないので反応部８
のみならずエピタキシャル成長室ｌを全体に亘って加熱
することにより反応部８の半導体ウェハ搬送方向におけ
る温度分布がより均一になるようにされている。又、赤
外線ランプ９．９、Φ・・をエピタキシャル成長室ｌの
上側だけでなく下側にも設けて半導体ウェハ１１，１１
、・・・を上側からだけでなく下側からも加熱するのは
半導体ウェハ１１の厚さ方向における温度分布をより均
一化し、延いては熱歪の減少を図り、すべり等の発生を
防止しようとするためである。

そして、半導体ウェハ１１に対する下側からの赤外光に
よる加熱を可能にすべくウェハ搬送台ｌＯＬ、ｌＯｒ及
びサセプタ１５は赤外光を透過する材料により形成する
必要があり、上述したように本実施例においてはウェハ
搬送台が石芙により、サセプタがシリコンカーバイトを
コーティングしたグラファイトにより形成されているの
である。

又、エピタキシャル成長処理を行う場合、ガス供給孔４
ａ、４ｂ、４ｅ、４ｆからエピタキシャル成長室１内に
水素ガスＨ２を供給し、ガス供給孔４Ｃ１４ｄからエピ
タキシャル成長室１内に反応ガスであるシランＳ　ｉ　
Ｈ４と水素ガスＨ２との混合ガスを供給し、そして、こ
れ等のガスが排気孔５ａ〜５ｆから排気される状態にす
る。尚、半導体ウェハ１１．１１、φ・・をウェハ搬送
台１０ｔあるいはｆｏｒにより出し入れする等の′ｌ！
Ａ備をしているときは、シランＳｉＨ４の分解によるエ
ピタキシャル成長室ｌ内面への粉状半導体（Ｓｉ）の付
着を少なくするためシランＳｉＨ４の供給をせず、ガス
供給孔４Ｃ１４ｄからは水素ガスＨ２のみを供給する。

又、ガス供給孔４ａ、４ｂ、４ｅ、４ｆから水素ガスＨ
２を供給するのは反応部８と出入口２ｔ、２ｒとの間の
部分を常に新鮮な水素ガスＨ２で満たすことによって、
即ち、エアーカーテンならぬ水素ガスＨ２によるガスカ
ーテンを形成することによって反応部８を外部から遮蔽
するためである。このような遮蔽をすることによって高
温下で半導体ウェハと反応して半導体ウェハ表面を変質
させるガス、例えば酸素等が反応部８へ侵入することを
防止することができる。また、ガスの流れを反応部を含
めて層状に均一化するのに役立つ、尚、ガスカーテンを
形成して反応部８を外部から遮ぎるガスは高温で半導体
ウェハと反応する性質を有していないものであれば必ず
しも水素ガスＨ２である必要はなく、例えばアルゴンＡ
ｒ、ヘリウムＨｅでも良い、しかし、アルゴンＡｒ、ヘ
リウムＨｅは非常に高価なものなので水素ガスＨ２を使
用するのが現実的である。ちなみに、チッソガスＮ２は
不活性ガスではあるが半導体と僅かに反応するのでガス
カーテンを形成するガスとして用いることは好ましくな
い場合もある。

次に、図示したエピタキシャル成長装置によって具体的
にどのようにしてエピタキシャル成長処理を行なうかに
ついて説明する。

サセプタ１５に截置された適宜数の半導体ウェハ１１．
１１．−＠・を一方の副室、例えば３ｔからエピタキシ
ャル成長室１内に搬送する場合には、他方の副室３ｒか
ら反応部８へ搬送された半導体ウェハ１１．１１、拳・
・がエピタキシャル成長処理を施されている間にその半
導体ウェハＬ１．１１、・・・を搬送するに必要な帛備
を行う、その準備は、具体的にはウェハ搬送台１０１を
副室１０Ｌ内に位置させ遮蔽板１８を閉じて副室３ｔと
エピタキシャル成長室１とを完全に遮蔽し、更にガス供
給孔１６１から副室３１内への水素ガスＨ２の供給を停
止し、内部のガスを排気孔１７１から完全に排気した状
態で行う、その準備内容というのは真空吸着具を使用す
る等して予めいくつかのサセプタ１５．１５、−＃赤土
に半導体ウェハ１１．１１、争・・を配置しておき、半
導体ウェハ１１．１１．　　・Ｏ・が配置されたサセプ
タ１５の１つをウェハ搬送台１０１上に置き。

その状態で待機させるというものである。そして、現在
行われているエピタキシャル成長処理が終了する前まで
に水素ガスＨ２の供給により副室３を内を水素雰囲気に
する。このようにするのは、半導体ウェハ１１、ｌｌ、
−−・を搬送すべく遮蔽板１８１を開いたときに酸素等
高温で半導体と反応するガスが上記ガスカーテンを突破
して反応部８に侵入するのを防止するためである。

一方、副室３ｒからウェハ搬送台１０ｒによりエピタキ
シャル成長室ｌ内に搬送されたサセプタ１５上の半導体
ウェハ１１．１１、・・・に対するエピタキシャル成長
処理はその搬送後直ちに開始されるわけではない、とい
うのは、半導体ウェハ１１，１１、・・−をエピタキシ
ャル成長室１内に搬送しても半導体ウェハ１１．１１、
・・・の温度は直ちにはエピタキシャル成長処理をする
のに必要な温度にはならないので、必要な温度になるま
で例えば約５分間程度の時間がかかる。その間エピタキ
シャル成長室１内を完全な水素雰囲気に保つ必要がある
。その時間が経過して半導体ウェハ１１．１１、・拳・
の温度が所定温度に達したとことろでシランＳｉＨ４と
水素ガスＨ２との混合ガスをガス供給孔４ｃ、４ｄから
供給する。するとシランＳｉＨ４の熱分解により半導体
ウヱハ１１．１１．−−・←にエビタ槃シセノ１ノ古長
居が形成される。

尚、本例においては反応部８の半導体ウェハ搬送方向に
おける長さがウェハ搬送台１０ｒ　（そして１０ｒ）の
それよりも相当に短かいので、半導体ウェハ１１．１１
、嗜・争が！置されたウェハ搬送台ＬＯｒを反応部８内
にて静止させた状態でエピタキシャル成長処理を行うと
いうことはできない、従って、ウェハ搬送台１０ｒを一
定のゆっくりした速度で搬送し、先ず、先頭の半導体ウ
ェハ１１が反応部８内に入ってエピタキシャル成長処理
を施され、その後別の半導体ウェハ１１．１１、φ・・
が順次エピタキシャル成長処理を施されるようにする。

そして、最後の半導体ウェハ１１２が充分にエピタキシ
ャル成長処理を施されたところでシランＳｉＨ４の供給
を停止してエピタキシャル成長処理を終える。その処理
時間は例えば１５分分間間である。その後反応部８の雰
囲気を水素雰囲気にした状態で５分間程度待つ、その後
、ウェハ搬送台１０ｒを副室３ｒ内に戻して遮蔽板１８
ｒを閉じる。

その後、遮蔽板１ｓｔを開き副室３ｔがらエピタキシャ
ル成長装置１内ヘウ工ハ搬送台１０１を搬送し、上述し
たところのウェハ搬送台ＬＯｒ上の半導体ウェハ１１，
１１、争・・に対するエピタキシャル成長処理と同じよ
うにエピタキシャル成長処理を行う。

一方、副室３ｒ内に戻されたウェハ搬送台ｌ。

ｒ上の半導体ウェハ１１．１１、・・・の温度が充分に
低下したところでガス供給孔１６がら副室３ｒ内への水
素ガスＨ２の供給を停止し、副室３ｒ内を普通の雰囲気
にする。そして、その状態でエピタキシャル成長処理済
の半導体ウェハ１１．１１、−ψ・がｔｍされたサセプ
タ１５をウェハ搬送台１０ｒから降し、未エピタキシャ
ル成長処理の半導体ウェハＬ１．１１、・・・が載置さ
れたサセプタ１５をウェハ搬送台１０ｒに載置する。そ
の後、副室３ｒを水素雰囲気にしたうえで待機する。

このようなプロセスを経返すことによってエピタキシャ
ル成長処理を連続的に行うことができる。具体的には、
半導体ウェハ１１，１１、・・・をエピタキシャル成長
室１内に搬送するに要する時間が１分間、加熱時間（半
導体ウェハ１１．１１、・・・が所定温度に達するに要
する時間）が１５分間、完全な水素雰囲気にした状態の
反応部８に半導体ウェハ１１．１１、・・・を置く時間
が５分間、そして、半導体ウェハ１１．１１゜ψ・・を
副室３へ戻すのに要する時間が１分間位になり、エピタ
キシャル成長処理の１サイクルの時間は２７分程度に短
縮することができる。従って、気相成長装置の製造効率
を従来の３倍程度に高めることができる。

又、エピタキシャル成長装置本体を成すエピタキシャル
成長室１は中空の直方体という単純な形状で、可動部が
往復移動して半導体ウェハ１１．１１、・・・を出し入
れするウェハ搬送台１０ｔ、１０ｒだけなので装置の構
造がきわめて簡単となる。従って、エピタキシャル成長
装置の価格をきわめて安価に（おそら〈従来の３分の工
程度に）することができる。

そして、半導体ウェハ１１．１１．・◆・をサセプタ１
５上に！置した状態でエピタキシャル成長室ｌ内に出し
入れするので、その出し入れに際してビンセットで半導
体ウェハ１１を把持する必要はなく、半導体ウェハ１１
表面にキズがついたりする慣れをなくすことができる。

又、エピタキシャル成長処理後、次の工程へ移行すると
きもサセプタ１５に載せたまま搬送することができ、エ
ピタキシャル成長工程から次の工程に移るときピンセン
トあるいは真空吸着具を使用して半導体ウェハ１１．１
１、争・・を１つ１つ移す作業をすることも必要でなく
なる。

尚、上記￥施例においては副室３が２個あったが、副室
３の数は１個だけでも良い、副室３の数を１個に減らす
とその分動イイが悪くなるが、従来の場合と比較すると
やはり効率を非常に高くすることができる。

又、上記実施例は本発明をエピタキシャル成長装置に適
用したものであったが、本発明はエピタキシャル成長装
置のみならす単なる気相成長をする気相成長装置にも適
用することができるものである。

発明の効果 以上に述べたように１本発明気相成長装置は、気相成長
室にウェハ出入口を形成し、気相成長が行われる反応部
から上記ウェハ出入口を経て気相成長室外部に及ぶ経路
をウェハ搬送台が往復移動するようにし、そして、反応
部と出入口との間をウェハと反応しないガスにより遮断
するようにするものである。従って、本発明気相成長装
置によれば、気相成長室内の反応部にウェハと反応する
ガスが外部から侵入するのを防止しつつ気相成長処理そ
してウェハの出し入れをすることができる。依って、気
相成長処理を停止した状態を長く継続させないように運
転することが可能となり、気相成長装置１°σの利用効
率を高めることができる。

そして、可動部はウェハ搬送台のみであり、気相成長装
置の構造を非常に簡単にすることができ。

気相成長装置の価格を安価にすることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明気相成長装置の実施の一例を示すもので、
第１図は縦断面図、第２図は第１図の２−２線に沿う断
面図である。 符号の説明 ｌ・・・気相成長室、 ２Ｌ、２ｒ−Φ拳つェハ出入口、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部に気相成長が行われる反応部を有する気相成
   長室にウェハ出入口を形成し、上記反応部から上記ウェ
   ハ出入口を経て気相成長室外部に至る経路をウェハ搬送
   台が往復移動するようにし、気相成長室内の上記反応部
   と上記ウェハ出入口との間の領域を気相成長処理される
   ウェハと反応しないガスで満たすようにしてなることを
   特徴とする気相成長装置