JPS62173712A - 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〕　　　　　　一本発明は半導体
ウェハ面に気相成長層を形成する装置ＮＫ係り、特に気
相成量層をウェレ・面上に均一に形成するだめの半導体
気相成長装置に関する。

〔発明の背景〕

半導体製造プロセスにおいては、半４体’７エハ上に１
気相化学反応を利用して５ｔｏｔｐＡ、ナイトライド膜
（Ｓｔ、Ｎ、）　、多結晶シリコン膜、単結晶シリコン
膜などを形成するＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術が広く適用ざ几ている。こ
のうち、単結晶シリコン膜のＣＶＤ　は、特にエピタキ
７ヤル成長と呼ばれている。

近年、プロセスコストの低減や製品ｆｓ留９の向上を目
的とした半導体ウェハの大径化が進められ、汎布では１
２．７〜１５．２ｃ！Ｒ（５〜６インチ）径のウェハが
主流となりつり６る。

一方、プロセスコストの低減のため、各徨装置に一時に
装置できるウェハ枚数（すなわち、バッチ処理ごとのチ
ャージ枚！りの増大も進められている。

ＣＶＤ装置においても、ウエノ〜の大径化や大量処理化
が進められているが、一方、デバイスの高密度化や、ｌ
＃ｌ逮化に伴い、形成する４ｍの高ＮＩｊＬな均一化も
合ぜて要求されている。

これらの要求に石えるものとして、第１図に示すような
ＣＶＤ装置が提案されている（例えば、特願昭６０−３
０４５９．特願昭６０−４０９１２など）。

この装置の構造２工び動作については後述するが、その
付値は、 （１）大口径ウェハ１を、ウェハホルダ２によって水平
に多段積層状態でチャージし、 （２）大量チャーンとホルダ２によるウェハ回転を可能
とし、 （３）回転しているウェハそれぞれの表面に、ガス供給
ノズル６を用いて原料ガスを供給することで、天童チャ
ージウェハ全てに均一なＣＶＤ膜を形成できることであ
る。

しかしながら、薄膜のより高ｆｆ度な均−性兼求に対し
ては、第１図に示すよりに、ウェハ中心を回転中心とし
て自転するウェハ１にガス供給ノズル６を用いて原料を
供給する場合、大口径ウェハの面内膜厚分布の十分な均
一性を得難い欠点がおる。

これについて、本発明者らが櫨々実緘的解析を行なった
結果、従来の装置では、回転中心と逓るウェハ中心に向
けて原料ガスが噴射される丸めに、この部分には常に原
料ガスが供給されるのに対し、クエへの他の部分（周辺
部分）は回転していることから間欠的なガス供給を受け
るためでろることが分った。

第２図はこのべ悪を模式的に示すもので、供給ノズル６
から噴射された原料ガスの流線６人はウェハ１の中心Ｉ
Ｃの近傍を直線状に通り、その後ウェハの回転方向（矢
印Ｒ）にそって流されていることが分る。

従来ＪＡ置では、このようなガス供給が行なわれるため
に、ウェハ１の面内膜厚分布はウェハ中心はど厚い凸形
状となる訳でろる１） 〔発明の目的〕 本ｔＩ６明の目的は、大口径ウェハに対しても均一な４
ＩＩｌ［の形成が可能な、ＣＶＤ方法にＬる気相酸量装
置を提供するに４ｂる。

〔発明のｌ！要〕

本発明の待機とするところは、自転するウェハにノズル
を用いて原料ガスを供給する場合の原料ガス噴射方向を
、ウェハの回転中心からずらせて、ウェハの回転方向に
対して逆向きとなる方向（回転方向の上ｆｔ側に向う方
向）に設定した点にらる不発明者等は、ＣｖＤＦ内のガ
ス流を可視化してｉＪｌ察することにより、本発明に到
達した。

第２図（ｂ）は、供給ガス流重を少なくシ、同図（＆）
の場合と同様に回転中心方向に供給した場合で８る。ガ
スの粘性によりウェハ１との遅れ回り現尿が起り、ウェ
ハｌの中心部へのガス供給は、同図（、）の従来の場合
とは運に減少する。

この場合の膜厚分布は凹形状となる。−まｔ、ガス流の
速度が遅い（供給ガス流電が極１１江少ない）場合には
全く９エバ閣内に供給されない場合も生じる。

第２図（ｃ）は、ウェハｌの回転方向Ｒに逆ら９方向−
換言すれば、ウェハ回転の上流側に向けて、原料ガスを
供給した場合である。ガス流はウェハｌの半径方向では
ソ均一に拡がっていることが分る。そして明らかなよう
に、ウェハが自転していることから、ウェハのｌＩＬ径
方向で均一な成長ノーが形成されることが期待できる。

本発明は、以上のよりな実験と考察に基づいてなされた
ものでｂる。

〔発明の実施例〕

以下本兄明をＳｉのエピタキシャル成長を例トシて、第
１図、第３図に従って詳細に説明する。

１５．２ＬＭ（６インチ）径の大口径ウェハ１を、第１
図に示すように、ホルダ２に、相互に隔離した積層状態
で多段にチャージし、ホルダ２を回転することにより、
ウェハｌの中心のまわりに自転させる。ベルジャ３内を
Ｈ，ガス雰囲気とした後、サセプタ４を高周波；イル５
によＪ）ＩｌｏｏＣまで昇温する。

供給ノズル６よ！１ｌＳ１原料ガスを含むＨｔガスを供
給し、Ｓｉエピタキシャルノーを各ウェハ１の狭面上に
形成する。この時、Ｓｉ原料ガスを含む馬ガスは、第３
図に示すようＫ、ウェハ１の回転中心ＩＣに向う方向か
らウェハ回転に逆う向きに一換言すれば、ウェハ回転の
上流側に、角度０たけずらせて供給する。

エピタキシャル成長に使用された後の廃カスは、［Ｌノ
ズル７によりベルジャ３外に排気する。

所望の膜厚のエピタキシャル層がウエノ・１０表面に形
成された後、ノズル６からのＳ１原料ガスの供給を止め
、Ｈ８ガスによるパージングの後、高周波コイル５によ
る加熱を止め、サセプタ４を降温する。

以上の方法と装置によれば、大口径ウェハに形成するエ
ピタキシャル層の膜厚を均一とすることができる。

次に其体的数値例について説明する。

まず、ホルダ２に直径１２．７ｃｍ（５インチ）のウェ
ハ１を２枚ずつ背中合せにし、相互間に５−の間隔を２
いて、２５段５０枚セットし、ベルジャ３内にチャージ
する。ウェハホルダ２を２５ｒｐｍで回転しながら、ベ
ルジャ３内にガス供給ノズル６よりＮ、ガスを供給し、
炉内の空気を置換する。

ガス供給ノズル６には、直径４■の噴出孔が、ウェハ槓
層数よりも１閾多い、２６１２．５−の間隔で設けられ
ており、ガスは槓ノーされたウェハ１それぞれの表面の
１半径部分で均一にμ（給さｎる。

なお、噴出孔は孔でなくても、垂直方向のスリットであ
ってもよいことは、もちろんでろる。

このとき、噴出孔の方向は、第３図に示すようと、ウェ
ハ中心ＩＣを通る方向からθ＝約２５１ｊｊだけ、ウェ
ハ回転方向と逆の方向にずらしである。

この場合、θは実験的に求めた結果、約２５度のとき最
も均一なエビタ千ンヤルノーが得られた。Ｎ。

ブスを止め、Ｈｔガスを３０１７’ｍ１ｎの流線で丸し
ながら、高周波コイル５に通電し、サセプタ４を１１０
０℃に加熱する。

サセプタ４が所定温度に達したら、Ｈ雪ガス中に０、５
　ｍｏｌ　５ＥのＨＣｔガスを混入し、クエへ表面を１
分間気相エッチしてクリーニングする。この時、ノズル
６からのガス噴出方向が、前述のように、ウェハ回転中
ＩＬ７からずらしであるので、均一なエツチングも合せ
て達成される。

ＨＣｔガスを止め、２分間のガスパージを行なった後、
Ｈ２中に５ｉｃｚ、を１．５　ｍｏｌ　Ｘ混入し、エピ
タキシャル成長を開始する。２０分間の成長で１０μｍ
のエピタキシャル層を形成した後、５ＩＣ２４の混入を
止め、Ｈ１ガスで２分間原料ガスのパージをする。

コイル５０通電を徐々に下げ、約１５分で４００℃まで
サセプタ４を降温した後戒源を切る。１５分間のＨ，ガ
スによる冷却の仮、炉内なＮ、ガスで蝋′換し、ベルジ
ャ３を開はウェハ１を取り出す。

以上の実験例によれば、直径１２．７副（５インチ）の
ウェハに形成するエピタキシャル層のウェハ表面膜厚分
布を均一にすることができる。

本叉施例ではシリコンのエピタキシャル成長を例とした
が、ウェハ中心を回転中心としウェハ面に平行にガス供
給しながらｌＩｌ膜を形成する他のＣＶＤ法にも適用可
能である。また、ウェハを多段積層とし実施例を説明し
たが、１枚のウェハの場合にも通用できる。

なン、ガス噴出方向のウェハ回転方向上ｉｗへ向けての
ずれ角θは、ウェハ回転速度、ガス流鷺、噴射速度など
くよって補正する必要がろり、この補正量は実験的に求
められる。例えば、ずれ角θはガスＩｔ童が大きい程−
またウェハ回＠装置が速い根太となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、気相成長層のウエノ・内の膜厚ばらつ
きを、こ７″Ｌまでの回転ウニ／Ｓの中心方向に供給す
る場合に比べ１／２以下とすることができ均一な４膜を
ウニ・・茂面に形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

ｖｌＬ図は本発明３よび従来の気相成長装置を説明する
は１ｌｌｌ）断面図、帛２図は本発明の詳細な説明する
模式図、第３図は本発明の詳細な説明する第１図の要部
断面図である。 ｌ・・・ウェハ、２・・・ウエノ１ホルダ、３・・・ベ
ルジャ、４・・・サセプタ、６・・・供給ノズル、７・
・・排気ノズル 代理人弁理士　　平　木　道　人 第２図 （ａ）　　　　　　　　　　　（ｂ）　　　　　　　　
　　　　（ｃ）第３図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体ウェハを、その中心を回転軸として回転し
   、該ウェハの外周方向からウェハ面に実質上平行に原料
   ガスを供給し、該半導体ウェハ表面に気相化学反応によ
   り薄膜を形成する気相成長装置において、前記原料ガス
   の供給方向をウェハ中心を通る方向から、ウェハの回転
   方向と逆向きの方向へ、予定角度だけずらせたことを特
   徴とする気相成長装置。
2. （２）前記特許請求の範囲第１項において、ウェハが多
   段積層状態で、ウェハホルダに収納されていることを特
   徴とする気相成長装置。
3. （３）前記特許請求の範囲第１項または第２項において
   、原料ガスの供給方向をずらす予定角度は、原料ガスの
   供給量およびウェハ回転速度の少なくとも一方に応じて
   補正されることを特徴とする気相成長装置。